การออกแบบหม้อแปลง

หม้อแปลงจะถ่ายโอนพลังงานไฟฟ้าจากวงจรหนึ่งไปยังอีกวงจรหนึ่งโดยไม่มีการเปลี่ยนแปลงความถี่ ประกอบด้วยขดลวดหลักและรอง ขดลวดปฐมภูมิเชื่อมต่อกับแหล่งจ่ายไฟหลักและรองกับวงจรที่ต้องการ ใน วงจรโครงการ เราได้ออกแบบหม้อแปลงไฟฟ้าเฟสเดียว 50 เฮิรตซ์กำลังต่ำ (10 KVA) ตามความต้องการของเราในโครงการ

หม้อแปลงโดยทั่วไปมีสามประเภท:

1. ประเภทหลัก
2. ประเภทเชลล์
3. Toroidal

ในแกนกลางให้พิมพ์ขดลวดล้อมรอบส่วนหนึ่งของแกนในขณะที่ในแกนประเภทเชลล์ล้อมรอบขดลวด ในประเภท Core มีสองประเภทหลักคือประเภท E-I และประเภท U-T ในเรื่องนี้ การออกแบบหม้อแปลง เราใช้ประเภทแกน E-I เราเลือกแกน E-I เนื่องจากการไขลานนั้นง่ายกว่ามากเมื่อเทียบกับ toroidal แต่ประสิทธิภาพสูงมาก (95% -96%) เป็นเช่นนั้นเนื่องจากการสูญเสียฟลักซ์มีน้อยกว่าในแกน toroidal เมื่อเปรียบเทียบ

หม้อแปลงไฟฟ้าที่ใช้ในโครงการคือ

1. หม้อแปลงซีรีส์: เพื่อให้แรงดันไฟฟ้าเพิ่มหรือบัคที่ต้องการและ
2. หม้อแปลงควบคุม: สำหรับการตรวจจับแรงดันไฟฟ้าขาออกและแหล่งจ่ายไฟ

สูตรการออกแบบ:

ที่นี่เราใช้การอ้างอิงข้อมูลการม้วนบนตารางลวดทองแดงเคลือบและขนาดของตารางการปั๊มหม้อแปลงเพื่อเลือกขดลวดอินพุตและเอาต์พุต SWG และแกนของหม้อแปลงสำหรับข้อกำหนดที่กำหนด

ตามขั้นตอนการออกแบบโดยสมมติว่ามีการกำหนดคุณสมบัติของหม้อแปลงดังต่อไปนี้: -

• แรงดันไฟฟ้ารอง (Vs)
• กระแสไฟฟ้าสำรอง (คือ)
• เปลี่ยนอัตราส่วน (n2 / n1)

จากรายละเอียดเหล่านี้เราคำนวณความกว้างของลิ้นความสูงของสแต็กประเภทแกนพื้นที่หน้าต่างดังนี้: -

• Secondary Volt-Amps (SVA) = แรงดันไฟฟ้าทุติยภูมิ (Vs) * กระแสไฟฟ้าทุติยภูมิ (Is)
• Primary Volt-Amps (PVA) = Secondary Volt-Amps (SVA) / 0.9 (สมมติว่าประสิทธิภาพของหม้อแปลงเป็น 90%)
• แรงดันไฟฟ้าหลัก (Vp) = แรงดันไฟฟ้ารอง (Vs) / อัตราส่วนรอบ (n2 / n1)
• กระแสไฟฟ้าหลัก (Ip) = โวลต์ - แอมป์หลัก (PVA) / แรงดันไฟฟ้าหลัก (Vp)
• พื้นที่หน้าตัดที่ต้องการของแกนถูกกำหนดโดย: - พื้นที่แกน (CA) = 1.15 * sqrt (โวลต์ - แอมป์หลัก (PVA))
• พื้นที่แกนกลาง (GCA) = พื้นที่แกนกลาง (CA) * 1.1
• จำนวนรอบของขดลวดจะถูกกำหนดโดยอัตราส่วนที่กำหนดเป็น: - รอบต่อโวลต์ (Tpv) = 1 / (4.44 * 10-4 * พื้นที่แกน * ความถี่ * ความหนาแน่นของฟลักซ์)

ข้อมูลที่คดเคี้ยวบนลวดทองแดงเคลือบ

(@ 200A / ซม. ²)

ขนาดของปั๊ม Transformer (ตารางหลัก):

สำหรับการทำงานกับแหล่งจ่ายไฟความถี่คือ 50HZ ในขณะที่ความหนาแน่นของฟลักซ์สามารถรับได้เป็น 1Wb / ตร.ซม. สำหรับปั๊มเหล็กธรรมดาและ 1.3Wb / ตร.ซม. สำหรับปั๊ม CRGO ขึ้นอยู่กับประเภทที่จะใช้

ดังนั้น

• ผลัดหลัก (n1) = รอบต่อโวลต์ (Tpv) * แรงดันไฟฟ้าหลัก (V1)
• รอบรอง (n2) = รอบต่อโวลต์ (Tpv) * แรงดันไฟฟ้าทุติยภูมิ (V2) * 1.03 (สมมติว่าขดลวดหม้อแปลงลดลง 3%)
• ความกว้างของลิ้นของการเคลือบจะถูกกำหนดโดย: -

ความกว้างลิ้น (Tw) = Sqrt * (GCA)

ความหนาแน่นปัจจุบัน

เป็นความสามารถในการรับกระแสไฟฟ้าของสายไฟต่อพื้นที่หน้าตัดของหน่วย แสดงเป็นหน่วย Amp / cm² ตารางลวดดังกล่าวข้างต้นมีไว้สำหรับการจัดอันดับอย่างต่อเนื่องที่ความหนาแน่นกระแส 200A / cm² สำหรับโหมดการทำงานที่ไม่ต่อเนื่องหรือไม่ต่อเนื่องของหม้อแปลงสามารถเลือกความหนาแน่นที่สูงขึ้นได้ถึง 400A / cm²นั่นคือสองเท่าของความหนาแน่นปกติเพื่อประหยัดต้นทุนต่อหน่วย เป็นทางเลือกที่อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้นสำหรับกรณีการปฏิบัติงานที่ไม่ต่อเนื่องจะน้อยกว่าสำหรับกรณีการปฏิบัติงานต่อเนื่อง

ดังนั้นขึ้นอยู่กับความหนาแน่นปัจจุบันที่เลือกตอนนี้เราคำนวณค่าของกระแสหลักและรองที่จะค้นหาในตารางลวดสำหรับการเลือก SWG: -

n1a = กระแสไฟฟ้าหลัก (Ip) คำนวณ / (ความหนาแน่นกระแส / 200)

n2a = กระแสไฟฟ้าทุติยภูมิ (Is) คำนวณ / (ความหนาแน่นกระแส / 200)

สำหรับค่าของกระแสหลักและรองเหล่านี้เราเลือก SWG และเทิร์นต่อตารางซม. จากตารางลวด จากนั้นเราจะคำนวณดังต่อไปนี้: -

• พื้นที่หลัก (ต่อปี) = รอบหลัก (n1) / (รอบหลักต่อตารางซม.)
• พื้นที่รอง (sa) = รอบรอง (n2) / (รอบรองต่อตารางซม.)
• พื้นที่หน้าต่างทั้งหมดที่จำเป็นสำหรับแกนถูกกำหนดโดย: -

พื้นที่ทั้งหมด (TA) = พื้นที่ปฐมภูมิ (ต่อปี) + พื้นที่รอง (sa)

• พื้นที่เพิ่มเติมที่จำเป็นสำหรับอดีตและฉนวนกันความร้อนอาจใช้พื้นที่เพิ่มเติม 30% ของพื้นที่ที่คดเคี้ยวจริง ค่านี้เป็นค่าโดยประมาณและอาจต้องแก้ไขขึ้นอยู่กับวิธีการม้วนจริง

พื้นที่หน้าต่าง (Wacal) = พื้นที่ทั้งหมด (TA) * 1.3

สำหรับค่าความกว้างของลิ้นที่คำนวณได้ข้างต้นเราเลือกจำนวนแกนและพื้นที่หน้าต่างจากตารางหลักเพื่อให้แน่ใจว่าพื้นที่หน้าต่างที่เลือกมีค่ามากกว่าหรือเท่ากับพื้นที่แกนรวม หากเงื่อนไขนี้ไม่เป็นที่พอใจเราจะใช้ความกว้างของลิ้นที่สูงขึ้นเพื่อให้แน่ใจว่าอยู่ในเงื่อนไขเดียวกันโดยการลดลงของความสูงของสแต็กที่สอดคล้องกันเพื่อรักษาพื้นที่แกนรวมให้คงที่โดยประมาณ

ดังนั้นเราจึงได้รับความกว้างของลิ้น (Twavail) และพื้นที่หน้าต่าง ((ประโยชน์) (aWa)) จากตารางหลัก

• ความสูงของกอง = พื้นที่แกนรวม / ความกว้างของลิ้น ((มี) (atw))

เพื่อจุดประสงค์ด้านขนาดในอดีตที่มีจำหน่ายทั่วไปเราจะประมาณอัตราส่วนความสูงของสแต็กต่อความกว้างของลิ้นกับตัวเลขที่ใกล้ที่สุดดังนี้ 1.25, 1.5, 1.75 ในกรณีที่เลวร้ายที่สุดเราจะใช้อัตราส่วนเท่ากับ 2 อย่างไรก็ตามอัตราส่วนใดก็ได้จนถึง 2 ซึ่งจะเรียกร้องให้สร้างอดีตของตัวเอง

หากอัตราส่วนมากกว่า 2 เราเลือกความกว้างของลิ้นที่สูงขึ้น (aTw) เพื่อให้แน่ใจว่าเงื่อนไขทั้งหมดดังกล่าวข้างต้น

• ความสูงของกอง (ht) / ความกว้างของลิ้น (aTw) = (อัตราส่วนบางส่วน)
• ความสูงของสแต็กที่ปรับเปลี่ยน = ความกว้างของลิ้น (aTw) * ค่าที่ใกล้ที่สุดของอัตราส่วนมาตรฐาน
• พื้นที่แกนกลางที่ปรับเปลี่ยน = ความกว้างของลิ้น (aTw) * ความสูงของสแต็กที่ปรับเปลี่ยน

ขั้นตอนการออกแบบเดียวกันนี้ใช้กับหม้อแปลงควบคุมซึ่งเราจำเป็นต้องตรวจสอบให้แน่ใจว่าความสูงของสแต็กเท่ากับความกว้างของลิ้น

ดังนั้นเราจึงค้นหาจำนวนแกนและความสูงของสแต็กสำหรับข้อกำหนดที่กำหนด

การออกแบบหม้อแปลงโดยใช้ตัวอย่าง:

• รายละเอียดที่ระบุมีดังนี้: -
• วินาที. แรงดันไฟฟ้า (Vs) = 60V

วินาทีปัจจุบัน (คือ) = 4.44A

• เปลี่ยนต่ออัตราส่วน (n2 / n1) = 0.5

ตอนนี้เราต้องคำนวณดังนี้: -

• วินาทีโวลต์ - แอมป์ (SVA) = Vs * Is = 60 * 4.44 = 266.4VA
• Prim.Volt-Amps (PVA) = SVA / 0.9 = 296.00VA
• Prim.Voltage (Vp) = V2 / (n2 / n1) = 60 / 0.5 = 120V
• Prim.current (Ip) = PVA / Vp = 296.0 / 120 = 2.467A
• พื้นที่หลัก (CA) = 1.15 * sqrt (PVA) = 1.15 * sqrt (296) = 19.785 cm²
• พื้นที่แกนรวม (GCA) = CA * 1.1 = 19.785 * 1.1 = 21.76 ซม. ²
• เปลี่ยนต่อโวลต์ (Tpv) = 1 / (4.44 * 10-4 * ความถี่ CA * * ความหนาแน่นของฟลักซ์) = 1 / (4.44 * 10-4 * 19.785 * 50 * 1) = 2.272 รอบต่อโวลต์
• Prim.Turns (N1) = Tpv * Vp = 2.276 * 120 = 272.73 รอบ
• วินาทีเทิร์น (N2) = Tpv * Vs * 1.03 = 2.276 * 60 * 1.03 = 140.46 รอบ
• ความกว้างลิ้น (TW) = Sqrt * (GCA) = 4.690 ซม
• เรากำลังเลือกความหนาแน่นกระแสเป็น 300A / cm² แต่ความหนาแน่นกระแสในตารางลวดจะได้รับ 200A / cm²จากนั้น
• ค่าการค้นหาหลักในปัจจุบัน = Ip / (ความหนาแน่นกระแส / 200) = 2.467 / (300/200) = 1.644A
• ค่าการค้นหากระแสรอง = Is / (ความหนาแน่นกระแส / 200) = 4.44 / (300/200) = 2.96A

สำหรับค่าของกระแสหลักและรองเหล่านี้เราเลือก SWG และเทิร์นต่อตารางซม. จากตารางลวด

SWG1 = 19 SWG2 = 18

เทิร์นต่อตารางซม. หลัก = 87.4 ซม. ²รอบต่อตารางซม. ของรอง = 60.8 ซม. ²

• พื้นที่หลัก (ต่อปี) = n1 / รอบต่อตารางซม. (พื้นที่หลัก) = 272.73 / 87.4 = 3.120 ซม. ²
• พื้นที่รอง (sa) = n2 / รอบต่อตารางซม. (รอง) = 140.46 / 60.8 = 2.310 ซม. ²
• พื้นที่ทั้งหมด (ที่) = pa + sa = 3.120 + 2.310 = 5,430 ซม. ²
• พื้นที่หน้าต่าง (วา) = พื้นที่ทั้งหมด * 1.3 = 5.430 * 1.3 = 7.059 ซม. ²

สำหรับค่าความกว้างของลิ้นที่คำนวณได้ข้างต้นเราเลือกจำนวนแกนและพื้นที่หน้าต่างจากตารางหลักเพื่อให้แน่ใจว่าพื้นที่หน้าต่างที่เลือกมีค่ามากกว่าหรือเท่ากับพื้นที่แกนรวม หากเงื่อนไขนี้ไม่เป็นที่พอใจเราจะใช้ความกว้างของลิ้นที่สูงขึ้นเพื่อให้แน่ใจว่าอยู่ในเงื่อนไขเดียวกันโดยการลดลงของความสูงของสแต็กที่สอดคล้องกันเพื่อรักษาพื้นที่แกนรวมให้คงที่โดยประมาณ

ดังนั้นเราจึงได้รับความกว้างของลิ้น (Twavail) และพื้นที่หน้าต่าง ((ประโยชน์) (aWa)) จากตารางหลัก:

• ความกว้างของลิ้นใช้ได้ (atw) = 3.81cm
• มีพื้นที่หน้าต่าง (awa) = 10.891 ซม. ²
• หมายเลขหลัก = 16
• ความสูงของกอง = gca / atw = 21.99 / 3.810 = 5.774cm

ด้วยเหตุผลด้านประสิทธิภาพเราประมาณอัตราส่วนความสูงของสแต็กต่อความกว้างของลิ้น (aTw) กับตัวเลขต่อไปนี้ที่ใกล้ที่สุดคือ 1.25, 1.5 และ 1.75 ในกรณีที่แย่ที่สุดเราใช้อัตราส่วนเท่ากับ 2

หากอัตราส่วนมากกว่า 2 เราเลือกความกว้างของลิ้นที่สูงขึ้นเพื่อให้แน่ใจว่าเงื่อนไขทั้งหมดดังกล่าวข้างต้น

• ความสูงของกอง (ht) / ความกว้างของลิ้น (aTw) = 5.774 / 3.81 = 1.516
• ความสูงของกองที่แก้ไข = ความกว้างของลิ้น (aTw) * ค่าที่ใกล้ที่สุดของอัตราส่วนมาตรฐาน = 3.810 * 1.516 = 5.715 ซม.
• พื้นที่แกนรวมที่ปรับเปลี่ยน = ความกว้างของลิ้น (aTw) * ความสูงของกองที่แก้ไข = 3.810 * 5.715 = 21.774 ซม. ²

ดังนั้นเราจึงค้นหาจำนวนแกนและความสูงของสแต็กสำหรับข้อกำหนดที่กำหนด

การออกแบบหม้อแปลงควบคุมขนาดเล็กพร้อมตัวอย่าง:

รายละเอียดที่ระบุมีดังนี้: -

• วินาที. แรงดันไฟฟ้า (Vs) = 18V
• วินาทีปัจจุบัน (คือ) = 0.3A
• เปลี่ยนต่ออัตราส่วน (n2 / n1) = 1

ตอนนี้เราต้องคำนวณดังนี้: -

• วินาทีโวลต์ - แอมป์ (SVA) = Vs * Is = 18 * 0.3 = 5.4VA
• Prim.Volt-Amps (PVA) = SVA / 0.9 = 5.4 / 0.9 = 6VA
• พริม. แรงดันไฟฟ้า (Vp) = V2 / (n2 / n1) = 18/1 = 18V
• พริม. ปัจจุบัน (Ip) = PVA / Vp = 6/18 = 0.333A
• พื้นที่หลัก (CA) = 1.15 * sqrt (PVA) = 1.15 * sqrt (6) = 2.822 cm²
• พื้นที่แกนไขว้ (GCA) = CA * 1.1 = 2.822 * 1.1 = 3.132 ซม. ²
• เปลี่ยนต่อโวลต์ (Tpv) = 1 / (4.44 * 10-4 * ความถี่ CA * * ความหนาแน่นของฟลักซ์) = 1 / (4.44 * 10-4 * 2.822 * 50 * 1) = 15.963 รอบต่อโวลต์
• พริม. เทิร์น (N1) = Tpv * Vp = 15.963 * 18 = 287.337 รอบ
• วินาทีเทิร์น (N2) = Tpv * Vs * 1.03 = 15.963 * 60 * 1.03 = 295.957 รอบ
• ความกว้างลิ้น (TW) = Sqrt * (GCA) = sqrt * (3.132) = 1.770 ซม

เรากำลังเลือกความหนาแน่นกระแสเป็น 200A / cm² แต่ความหนาแน่นกระแสในตารางลวดจะได้รับ 200A / cm²จากนั้น

• ค่าการค้นหาปัจจุบันหลัก = Ip / (ความหนาแน่นกระแส / 200) = 0.333 / (200/200) = 0.333A
• ค่าการค้นหากระแสรอง = Is / (ความหนาแน่นกระแส / 200) = 0.3 / (200/200) = 0.3A

สำหรับค่าของกระแสหลักและรองเหล่านี้เราเลือก SWG และเทิร์นต่อ Sq. ซม. จากโต๊ะลวด

SWG1 = 26 SWG2 = 27

เทิร์นต่อตรว. cm ของหลัก = 415 รอบเทิร์นต่อ ตร.ม. ซม. รอง = 504 รอบ

• พื้นที่หลัก (ต่อปี) = n1 / รอบต่อตารางซม. (พื้นที่หลัก) = 287.337 / 415 = 0.692 ซม. ²
• พื้นที่รอง (sa) = n2 / รอบต่อตารางซม. (รอง) = 295.957 / 504 = 0.587 ซม. ²
• พื้นที่ทั้งหมด (at) = pa + sa = 0.692 + 0.587 = 1,280 cm²
• พื้นที่หน้าต่าง (วา) = พื้นที่ทั้งหมด * 1.3 = 1.280 * 1.3 = 1.663 ซม. ²

สำหรับค่าความกว้างของลิ้นที่คำนวณได้ข้างต้นเราเลือกจำนวนแกนและพื้นที่หน้าต่างจากตารางหลักเพื่อให้แน่ใจว่าพื้นที่หน้าต่างที่เลือกมีค่ามากกว่าหรือเท่ากับพื้นที่แกนรวม หากเงื่อนไขนี้ไม่เป็นที่พอใจเราจะใช้ความกว้างของลิ้นที่สูงขึ้นเพื่อให้แน่ใจว่าอยู่ในเงื่อนไขเดียวกันโดยการลดลงของความสูงของสแต็กที่สอดคล้องกันเพื่อรักษาพื้นที่แกนรวมให้คงที่โดยประมาณ

ดังนั้นเราจึงได้รับความกว้างของลิ้น (Twavail) และพื้นที่หน้าต่าง ((ประโยชน์) (aWa)) จากตารางหลัก

• ความกว้างของลิ้นใช้ได้ (atw) = 1.905cm
• มีพื้นที่หน้าต่าง (awa) = 18.969 cm²
• หมายเลขหลัก = 23
• ความสูงของกอง = gca / atw = 3.132 / 1.905 = 1.905cm

ดังนั้น หม้อแปลงควบคุม ถูกออกแบบ.