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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE Calcul du transformateur de réseau de l'alimentation. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / Alimentations Dans les alimentations linéaires, déjà devenues « classiques », l'élément principal est un transformateur secteur, généralement abaisseur, qui réduit la tension secteur au niveau requis. Comment le calculer correctement (choisir un circuit magnétique, calculer le diamètre du fil de bobinage, le nombre de tours dans les enroulements, etc.) sera abordé dans l'article proposé. Comment choisir un noyau magnétique Selon leur conception, les noyaux magnétiques des transformateurs de réseau sont divisés en blindés, à tiges et toroïdaux, et selon la technologie de fabrication, en plaques (Fig. 1) et en bandes (Fig. 2). En figue. 1 et 2 indiquent les circuits magnétiques : a) - blindés, b) - tige, c) - toroïdaux.
Dans les transformateurs de petite (jusqu'à 00 W) et moyenne puissance (jusqu'à 1000 W), les circuits magnétiques à bande sont plus souvent utilisés [1]. Et parmi les noyaux de bande, les circuits magnétiques à noyau sont les plus applicables. Ils présentent un certain nombre d'avantages par rapport, par exemple, aux armures [2] :
Cependant, les circuits magnétiques à tige présentent également des inconvénients :
Dans les transformateurs toroïdaux, presque tout le flux magnétique traverse le circuit magnétique, leur inductance de fuite est donc minime, mais la complexité de fabrication des enroulements est très élevée. Sur la base de ce qui précède, nous choisissons un circuit magnétique à bande de tiges [3]. Des circuits magnétiques similaires sont constitués des types suivants : ruban à tige PL ; PLV - ruban à tiges de la plus petite masse ; PLM - ruban adhésif à consommation de cuivre réduite ; PLR - ruban à tiges du coût le plus bas. Sur la fig. 3 montre les désignations des dimensions hors tout du circuit magnétique : A - largeur ; H - hauteur ; a est l'épaisseur de la tige ; b - largeur du ruban ; c - largeur de la fenêtre ; h - hauteur de la fenêtre ; h1 - hauteur du joug.
Les circuits magnétiques à tige reçoivent une désignation abrégée, par exemple PL8x 12,5x16, où PL est un ruban en forme de U, 8 est l'épaisseur de la tige, 12,5 est la largeur du ruban, 16 est la hauteur de la fenêtre. Les dimensions des noyaux magnétiques du PL et du PLR sont données dans le tableau. 1 et 2.
Options pour placer des bobines sur un circuit magnétique Différentes options pour l'emplacement des bobines sur les tiges du circuit magnétique sont comparées par l'un des principaux paramètres des transformateurs - l'inductance de fuite, que nous calculons par la formule de [2]
où μ0 = 4π 10-7 H/m est la constante magnétique ; w, - nombre de tours de l'enroulement primaire ; vsr.ob - la longueur moyenne d'une bobine d'enroulements, cm ; b - épaisseur d'enroulement, cm ; h est la hauteur de l'enroulement, cm.Cette formule est obtenue à condition que les enroulements soient cylindriques, non sectionnés et disposés de manière concentrique. Les schémas de connexion des enroulements pour toutes les options sont illustrés à la fig. 4.
Nous effectuerons des calculs comparatifs pour un transformateur sur un circuit magnétique PLx10x12,5x40, qui possède un enroulement primaire et un enroulement secondaire. Pour que toutes les options de calcul soient dans les mêmes conditions, on prend l'épaisseur des enroulements b = c/4 et le nombre de tours de l'enroulement primaire w1 = 1000.
Considérons la première option, lorsque les enroulements primaire et secondaire sont situés sur la même tige (Fig. 4, a). Le dessin de la bobine est montré sur la fig. 5. Tout d’abord, calculez la longueur moyenne du tour d’enroulement
puis l'inductance de fuite de la bobine de la première option
Dans la deuxième version, les enroulements primaire et secondaire sont divisés en deux parties égales, placées sur deux tiges (Fig. 4, b). Chaque bobine est constituée d'un demi-enroulement W1 et d'un demi-enroulement w2. Le dessin des bobines est montré sur la fig. 6. Calculez l'inductance de fuite d'une bobine (W1 = 500), puis doublez le résultat, puisque les bobines sont les mêmes :
Les deux enroulements primaires de la troisième version sont situés dans deux bobines sur des tiges différentes, chacune contenant 1000 4 spires. Les deux enroulements primaires sont connectés en parallèle. L'enroulement secondaire est également placé en deux bobines sur des tiges différentes, et deux cas sont possibles : deux demi-enroulements avec un nombre complet de tours, connectés en parallèle (Fig. 4, c), ou l'enroulement secondaire est divisé en deux demi-enroulements. -des enroulements avec la moitié du nombre de tours, connectés en série (Fig. 6d). Le dessin des bobines est montré sur la fig. 3. Dans cette option, l'inductance de fuite est la même que dans la deuxième option : LS2 = LS2,13 = XNUMX mH. Il convient de rappeler que dans les deuxième et troisième options, les enroulements et demi-enroulements primaire et secondaire doivent être connectés conformément aux flux magnétiques qu'ils créent dans le circuit magnétique et avoir la même direction. En d’autres termes, les flux magnétiques doivent être additionnés et non soustraits. Sur la fig. 7, a montre une connexion incorrecte, et sur la fig. 7b est correct.
La nécessité de respecter les règles de connexion des enroulements et demi-enroulements est un inconvénient des deuxième et troisième options. De plus, dans la troisième variante, le flux magnétique total de l'enroulement primaire est deux fois plus élevé que dans les autres, ce qui peut conduire à une saturation du circuit magnétique et, par conséquent, à une distorsion de la forme d'onde sinusoïdale de la tension. Par conséquent, l'utilisation de la troisième option pour activer les enroulements dans la pratique doit être effectuée avec prudence. Dans la quatrième version, l'enroulement primaire est entièrement situé sur un noyau du circuit magnétique et l'enroulement secondaire est situé sur l'autre (Fig. 4, e). Le dessin des bobines est montré sur la fig. 8. Étant donné que les enroulements ne sont pas situés de manière concentrique, pour calculer l'inductance de fuite, nous utilisons la formule de [2] :
où b \u4d c / 2 - épaisseur des enroulements, cm; Rvn \u2d wob / (2π) - rayon extérieur de l'enroulement, cm; vob = 2a + 6,5b + 1,04πb - la longueur extérieure du tour d'enroulement, cm Calculez la longueur extérieure du tour et le rayon extérieur de l'enroulement : = 4 cm ; Rin = 88,2 cm En remplaçant les valeurs calculées dans la formule de calcul de l'inductance de fuite, nous obtenons LSXNUMX = XNUMX mH. En plus des quatre options envisagées, il existe de nombreuses autres options pour l'emplacement des enroulements sur les tiges du circuit magnétique. Cependant, dans tous les autres cas, l'inductance de fuite est supérieure à celle des deuxième et troisième options. En analysant les résultats obtenus, nous pouvons tirer les conclusions suivantes :
Par conséquent, lors de la fabrication de transformateurs de faible puissance, il convient de choisir le schéma de connexion et la disposition des enroulements pris en compte dans la deuxième option. Les demi-enroulements secondaires peuvent être connectés en série si une tension de sortie plus élevée est requise, ou en parallèle si un courant de sortie plus élevé est requis. Brèves informations sur les matériaux des circuits magnétiques Jusqu'à présent, nous n'avons pas pris en compte les pertes dans un transformateur réel, qui sont constituées de pertes dans le circuit magnétique - pour les courants de Foucault et l'inversion de magnétisation (hystérésis) : dans les calculs, elles sont prises en compte comme des pertes de puissance dans l'acier Rst, et pertes dans les enroulements - comme pertes de puissance dans le cuivre Rm. La perte totale de puissance dans le transformateur est donc : P∑ = Рst + Рm = Рv.t + Рg + Рm, où Рв.т - puissance de perte de courant de Foucault; Рг - perte de puissance pour l'hystérésis. Pour les réduire, l'acier est soumis à un traitement thermique - le carbone est éliminé et également allié - du silicium, de l'aluminium, du cuivre et d'autres éléments sont ajoutés. Tout cela augmente la perméabilité magnétique, réduit la force coercitive et, par conséquent, la perte par hystérésis. De plus, l'acier est soumis à un laminage à froid ou à chaud pour obtenir la structure souhaitée (texture laminée). En fonction de la teneur en éléments d'alliage, de l'état structurel et des propriétés magnétiques, les aciers sont marqués de numéros à quatre chiffres, par exemple 3412. Le premier chiffre désigne la classe de l'acier électrique en termes d'état structurel et de classe de laminage : 1 - isotrope laminé à chaud ; 2 - isotrope laminé à froid ; 3 - anisotrope laminé à froid avec texture nervurée. Le deuxième chiffre est le pourcentage de teneur en silicium : 0 - acier non allié avec une masse totale d'éléments d'alliage ne dépassant pas 0,5 % ; 1 - allié avec une masse totale supérieure à 0,5, mais pas supérieure à 0,8 % ; 2 - 0,8...1,8 % ; 3 - 1,8 ... 2,8 % ; 4 - 2,8...3,8 % ; 5 - 3,8...4,8 %. Le troisième chiffre est le groupe selon la caractéristique principale normalisée (pertes spécifiques et induction magnétique) : 0 - pertes spécifiques à une induction magnétique de 1,7 T à une fréquence de 50 Hz (Pij/so) ; 1 - pertes à une induction magnétique de 1,5 T à une fréquence de 50 Hz (P1,5/50) ; 2 - à une induction de 1 T à une fréquence de 400 Hz (P1/400) ; 6 - induction dans des champs magnétiques faibles d'une intensité de 0,4 A/m (B0,4) ; 7 - induction dans des champs magnétiques moyens à une intensité de 10 A/m (B10) ou 5 A/m (B5). Les trois premiers chiffres indiquent le type d'acier électrique. Le quatrième chiffre est le numéro de série du type d'acier. Les circuits magnétiques des transformateurs pour appareils électroménagers sont constitués de nuances d'acier texturées laminées à froid 3411-3415 [3] avec des pertes spécifiques normalisées à une induction magnétique de 1,5 T à une fréquence de 50 Hz et une résistivité de 60 10-8 Ohm m . Les paramètres de certaines nuances d'acier électrique sont donnés dans le tableau. 3.
L'acier électrique laminé à froid présente des caractéristiques magnétiques plus élevées. De plus, une surface plus lisse permet d'augmenter le facteur de remplissage du volume du noyau magnétique (kT) jusqu'à 98 % [4]. Données initiales pour le calcul du transformateur Calculons un transformateur ayant un enroulement primaire et deux enroulements secondaires identiques, avec les paramètres suivants : tension effective (efficace) de l'enroulement primaire U1 = 220 V ; tension effective (efficace) des enroulements secondaires U2 = U3 = 24 V ; courant efficace (effectif) des enroulements secondaires l2 = I3 = 2A. Fréquence de tension secteur f = 50 Hz. Le rapport de transformation est égal au rapport entre la tension au primaire et la tension au secondaire ouvert (EMF). Dans ce cas, l'erreur résultant de la différence entre la FEM et la tension sur l'enroulement primaire est négligée :
où w1 et w2 sont respectivement le nombre de tours des enroulements primaire et secondaire ; E1 et E2 - EMF des enroulements primaire et secondaire. Le courant dans l'enroulement primaire vaut :
La puissance globale du transformateur est de :
Dans le processus de calcul, il est nécessaire de déterminer les dimensions du circuit magnétique, le nombre de tours de tous les enroulements, le diamètre et la longueur approximative du fil d'enroulement, les pertes de puissance, la puissance totale du transformateur, l'efficacité, les dimensions maximales. Et poids. Calcul du circuit magnétique du transformateur La méthodologie de calcul des tailles et d'autres paramètres est tirée principalement de [1]. Tout d'abord, nous calculons le produit de la surface de la section transversale de la tige et de la surface de la fenêtre du circuit magnétique. La tige est appelée la section du circuit magnétique (axbxh), sur laquelle est placée la bobine :
où B - induction magnétique, T ; j - densité de courant dans les enroulements, A/mm2 ; η est le rendement du transformateur, n est le nombre de noyaux du noyau magnétique ; ks est le facteur de remplissage de la section du circuit magnétique avec de l'acier ; km est le facteur de remplissage de la fenêtre du circuit magnétique en cuivre. Les valeurs recommandées de l'induction magnétique et les valeurs moyennes de la densité de courant, de l'efficacité et du facteur de remplissage des fenêtres pour la fréquence f - 50 Hz sont données dans le tableau. 4.
Le facteur de remplissage de la section du circuit magnétique pour les aciers 3411-3415 est de 0,95 ... 0,97 et pour les aciers 1511-1514 - 0,89 ... 0,93. Pour le calcul, on prend B = 1,35 T ; j = 2,5 A/mm2 ; η = 0,95 ; Kc = 0,96 ; km = 0,31 ; n=2 :
L'épaisseur du noyau du circuit magnétique est calculée par la formule
Un circuit magnétique approprié est sélectionné selon le tableau. 1 et 2. Lors du choix, il faut s'efforcer de s'assurer que la section transversale du circuit magnétique est proche d'un carré, car dans ce cas la consommation du fil de bobinage est minime. La largeur de la bande de circuit magnétique est calculée par la formule
Nous sélectionnons le circuit magnétique PLR18x25, dans lequel a vaut 1,8 cm ; b = 2,5 cm ; h = 7,1 cm ;
Calcul des enroulements du transformateur Calculer l'EMF d'un tour par la formule
Calculez la chute de tension approximative aux bornes des enroulements :
Ensuite, nous calculons le nombre de tours de l'enroulement primaire :
enroulements secondaires :
Calculer le diamètre du fil de bobinage sans isolation à l'aide de la formule
En substituant les valeurs numériques, nous obtenons le diamètre du fil primaire :
et enroulements secondaires :
D'après le tableau 5 sélectionner la marque et le diamètre du fil de bobinage en isolant [5] : pour l'enroulement primaire - PEL ou PEV-1 di = 0,52 mm ; pour secondaire - PEL ou PEV-1 d2 = d3 = 1,07 mm.
Nous précisons le nombre de tours des enroulements. Pour ce faire, nous clarifions d'abord la chute de tension aux bornes des enroulements :
Calculer la longueur moyenne de la bobine, en utilisant la Fig. 5 ou 6 :
puis la longueur du fil dans les enroulements :
Les valeurs spécifiées de la chute de tension aux bornes des enroulements sont:
Compte tenu des valeurs obtenues, on calcule le nombre de spires du primaire :
et enroulements secondaires :
Calculer la masse du fil de bobinage :
où m1 et m2 sont respectivement la masse linéaire des fils des enroulements primaire et secondaire du tableau. 5. La masse du circuit magnétique est déterminée à partir du tableau. 2 : Mm = 713 g. La masse du transformateur sans tenir compte de la masse des pièces de fixation est M = = 288+2-165+713 = 1331 g. Dimensions maximales : (b+c)x(A+c)xH = 43x72x107 mm. Rapport de transformation k = W1 / W2 = 1640/192 = 8,54. Calcul de la perte de puissance Les pertes dans le circuit magnétique sont égales à :
où minerai - pertes spécifiques dans le circuit magnétique du tableau. 3. Supposons que le circuit magnétique soit constitué d'un ruban d'acier 3413 d'une épaisseur de 0,35 mm, puis selon le tableau. 3 on constate que les pertes spécifiques dans un tel circuit magnétique sont de 1,3 W/kg. En conséquence, les pertes dans le circuit magnétique Рst = 0,713-1,3 = 0,93 W. Les pertes dans l'enroulement - sur la résistance active des fils - nous calculons par la formule
où r1, r2 - résistance active, respectivement, des enroulements primaire et secondaire, I'1 - courant de l'enroulement primaire, en tenant compte des pertes :
où r1m, r2m - résistance linéaire des fils, respectivement, des enroulements primaire et secondaire du tableau. 5. Nous recalculons le courant des enroulements secondaires dans le courant de l'enroulement primaire :
Le courant de l'enroulement primaire, compte tenu des pertes, est égal à :
où η = 0,95 - efficacité du transformateur d'après le tableau. 4 pour une puissance de 100W. Les pertes d'enroulement sont :
La puissance totale du transformateur, compte tenu des pertes, est égale à :
Le rendement du transformateur est calculé par la formule
Fabrication de transformateurs Nous fabriquerons le transformateur selon la deuxième option évoquée ci-dessus. L'emplacement des bobines est indiqué sur la fig. 6. Pour ce faire, il faut réaliser deux bobines dont chacune contient la moitié des tours de l'enroulement primaire et chacun des enroulements secondaires : w'1 = 820 tours de fil PEL (ou PEV-1) d'un diamètre de 0,52mm; w'2=w'3= 96 tours de fil PEL (ou PEV-1) d'un diamètre de 1,07 mm. Étant donné que le transformateur a une puissance et des dimensions faibles, les bobines peuvent être réalisées sans cadre. Épaisseur de la bobine b ≤ c/2 = 9 mm, sa hauteur hK ≤ 71 mm. Nombre de tours dans la couche primaire
nombre de couches
Nombre de tours dans la couche secondaire
nombre de couches
Les bobinages sont enroulés sur un mandrin en bois, réalisé en exacte conformité avec les dimensions de la section du circuit magnétique sur laquelle seront situées les bobines (18x25x71 mm). Des joues sont fixées aux extrémités du mandrin. Malgré le fait que les fils de bobinage sont recouverts d'un isolant en émail et ont donc une résistance électrique élevée, généralement une isolation supplémentaire, par exemple en papier, est posée entre les couches de bobinage. Le plus souvent, du papier transformateur de 0,1 mm d'épaisseur est utilisé pour isoler les enroulements du circuit magnétique et entre eux. Calculer la tension maximale entre deux couches adjacentes de l'enroulement primaire
Étant donné que la contrainte entre les couches est faible, une isolation supplémentaire peut être posée à travers la couche ou rendue plus fine, par exemple en utilisant du papier pour condensateur. Entre le primaire et le secondaire, un enroulement de blindage doit être placé - un tour ouvert d'une fine feuille de cuivre ou une couche de fil de bobinage, qui empêche la pénétration des interférences du réseau dans les enroulements secondaires et vice versa.
Tout d'abord, le mandrin est enveloppé de trois couches de ruban de papier (Fig. 9), les pétales du ruban sont collés sur les joues. Ensuite, l'enroulement primaire est enroulé, en posant chaque couche avec une isolation. Deux couches d'isolation sont posées entre les enroulements primaire, de blindage et secondaire. L'épaisseur totale des bobines fabriquées ne dépasse pas 8 mm. Vérification du transformateur Le transformateur assemblé est d'abord vérifié en mode veille - sans charge. À une tension secteur de 220 V, le courant dans l'enroulement primaire
tension de l'enroulement secondaire
La tension aux bornes des enroulements secondaires ne peut être mesurée avec précision qu’avec un voltmètre à haute impédance. Enfin, la tension sur les enroulements secondaires du transformateur est mesurée à charge nominale. littérature
Auteur : V. Pershin, Ilyichevsk, région d'Odessa, Ukraine
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Commentaires sur l'article : invité En principe, les formules actuelles ont aidé piripesh et le site [up] [up] Valery Excellente table [up] Nicholas bonne chose [haut] Anatoly Article nominalement utile, bref et intelligible sur les transformateurs à tige. [en haut] invité C'est génial qu'il y ait des tableaux pour les tailles de fer.
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