Курсова работа по Констуиране и Технология в Електрониката изработил: проверил

Курсова работа

Констуиране и Технология

в Електрониката

изработил: проверил:

Мирослав Георгиев доц. д-р Антон

II курс електроника С. Георгиев

ФN:060116

Добрич

1. Да се проектира маломощен мрежов трансформатор при следните изходни данни:

U₁=220 V;

U₁`=127 V;

U₂`=U₂”=15,3 V;

U₃=5,3 V;

U₄=12,7 V;

I₂`=I₂”=1,9 A;

I₃=0,6 A;

I₄=6,9 A;

f=50 Hz;

Трансформаторът ще работи при нормални климатични условия, в затворено помещение, при непрекъснат режим на работа и е необходимо да бъде с минимална себестойност.

2. Да се проектира печатна платка, като се исползва подходяща принципна схема.

II. Теоретична част:

В съвременната електроника се исползват трансформатори, притежаващи разнообразни на параметри, характеристики и конструкции. Голямото разнообразие от трансформатори налага необходимостта от подходящото им класифициране в групи. Това облекчава създаването на методики за тяхното оразмеряване и дава възможност да се изследва влиянието на общите, съществени параметри и характеристики върху конструкцията на трансформаторите. Класификацията им се извършва по различни критерии: предназначение, конструкция, номинална мощтност, система на тока, експлоатационни условия, климатична категория, продължителност на работа и др.

В зависимост от предназначението си, трансформаторите биват: мрежови, съгласуващи, импулсни и автотрансформатори.

Мрежовите трансформатори преобразуват напрежението от захранващата мрежа в напрежение, подходящо за захранванв на различни консуматори, разделяйки ги галванически от мрежата. Тези трансформатори са три типа: маломощни мрежови, мощни (силови) и високоволтови трансформатори. Маломощните мрежови трансформатори са с номинална мощност до 1000 W и напрежение 1000 V.исползват се за захранване на електронни апаратури. Силовите трансформатори се исползват за захранване на радио предаватели, мошни усилватели и дрруги устройства, а изходната им мошност надвишава 1000 W. Високоволтовите трансформатори работят с напрежения над 1000 V. Границите между труте типа мрежови трансформатори са условни. Разделението им е сварзано и с конструктивните им различия – различни феромагнитни материали, различни тип и форма на магнитопровода, различни изолационни материали, проводници и други. Конструкцията на различните мрежови трансформатори зависи и от честотата на захранващото напрежение.

III. Начални изчисления:
От заданието избираме следната схема:

-- Избор на материал и дебилина на стоманата на магнитопровода:
Избираме силициева стомана Э310, понеже ще работим с честота на напрежението 50 Hz избираме дебелина на на листа 0,35 mm.

Поради изискването за минимална себестойност, за тегловното отношение избираме стоиност от диапазона 4,55,5, т.е. =5. Този избор дава възмойност за корекция при контролните исчисления.

Определяме сумарната на мошност на вторичните намотки, исползвайки зададените стойности за токовете и напрейенията във вторичната страна на мрежовия маломощен трансформатор.

W.

Стоийността на тока в първичната страна на мрежовия маломощен трансформатор не е известна, затова, за да се изчисли мощността в първичната страна (), изчисляваме тока, протичащ в първичната намотка. За определяне на пълният ток в първичната намотка , при напрежение =220V, изчисляваме стойността на активната му компонента .

За определяне реактивната компонента натока в първичната намотка (при честота 50 Hz) избираме съотношението (по-високата стойност в диапазона 0,30,4 осигурява по-голям ток в първичната намотка , т.е. по-голям диаметър на проводника в тази намотка , следователно – по-малки загуби в намотката)

Полчените компоненти на тока и заместваме в израза за пълния ток в първичнаа намотка

По аналогичен начин се определя пълния ток в първичната намотка, при захранващо напрежение =127 V.

Изчисляваме мощностите и и типовата мощност в двата случая:

Разликите между стойностите на и се дължи на грешки от закръгляне на използваните данни.

Мощността на трансформатора попада в диапазона 1200 W, поради което избираме магнитопровод с Ш-образна форма, а поради изискването за минимала себестойност, избираме пласинчат магнитопровод, или избрания магното порвод е Ш.

Оразмеряваме Ш-образния магнитопровод с коефициент на формата С=0,7.

За мощност P_T=154,665 W избираме плътност на тока в проводниците =3.10⁶A/m² и амплитудна стойност на магнитната индукция в магнитопровода B_m=1,52, при пласинчат магнитопровод, с честота 50 Hz и стомана Э310.

Заместваме стойностите на коефициента С, честотата f, типовата мощност P_T, тегловното отношение , плътността на тока  и амплитудната стойност на магнитната индукция B_m, и исчисляваме минималното сечение S_CT, което трябва да притежава магнитопроводът:

Чрез исчисленото сечение S_CT=12,9 cm², избираме стандартен магнитопровод Ш 25х62. Записваме данните за избрания магнитопровод: у₁=25mm, у₂=62 mm, у₃=12,5 mm, h=62,5 mm, b=25 mm, S_CT=13,6 cm², l_CT=21,4 cm, l₀=24,8 cm.

-- Исчисляване броя на навивките в намотките:
За мошността P_T=154,665 W, честота 50 Hz и Ш-образен магнитопровод,отчитаме пада на напрежението в первичната намотка U₁=4,5%.

Изчисляваме електродвижещото напрежение в намотките, чрез израза:

Определят се навивките в двете части на първичната намотка:

Отчита се пад на напрежение във вторичните намотки U₂ = 7 % (за мощност P_T=154,665 W, честота 50 Hz и Ш-образен магнитопровод) и се определя броят на навивките:

Броят на навивките в намотките трябва да бъде цяло число. За целта, броят на навивките в намотката, съдържаща най-малък брой навивки, се закръгля към по-блиското цяло число. Исчислява се относителната грешка при това закръгляне. В същата посока, със същия процент се закръглят навивките на останалите намотки:

Закръгляме навивките на вторичната намотка W₂^` и W₂^{``</sup>в същата посока, със същия процент: W<sub>2</sub><sup>``}=W₂^{``</sup>=31.1,0242=31,75; приемаме че W<sub>2</sub><sup>``}=W₂^``=31 навивки.

Приемаме, че W₃=11 навивли,допуснатата при закръглянето грешка е 1,0242% а посоката на закръгляне е нагоре (към по-голямо число).

Закръгляме навивките на вторичната намотка W₄ в същата посока, със същия процент: W₄=25,73.1,0242=26,40; приемаме че W₄=26 навивки.

Закръгляме навивките в първичната намотка, в която тече токът I₁, в същата посока, със същия процент: W₁=457,73.1,0242=468,81; приемаме че W₁=468 навивки.

Закръгляме навивките в първичната намотка, в която тече токът I₁^{`</sup>, в същата посока, със същия процент: W<sub>1</sub><sup>`}=264,24.1,0242=270,63; приемаме че W₁^`=270 навивки.

Определяме навивките в останалата част от първичната намотка:

W₁^”= W₁-W₁^`=468-270=198 навивки.

-- Избор на проводници:

За определяне на диаметрите d_i на проводниците в първичната и във вторичните намотки:

Използваме получените стойности за диаметрте при избора на стандартни проводници. Избираме проводници с диаметър равен на исчисления (или следващия по ред, по-голям) диаметър на медното сечение:

Проводника на тази част от първичната намотка, през която протича единствено тока I₁, избираме стандартен проводник с диаметър 0,557 mm; записваме всички, необходими за по-нататъшните исчисления данни за избрания проводник: d₁^”=0,557 mm; d_1ИЗ^”=0,620 mm; q₁^”=0,25518 mm²; r₀₁^”=68,6.10^-3 /m.

Проводника на тази част от първичната намотка, през която, при захранващото напрежение 220 V - протича тока I₁, а при захранващото напрежение 127 V – протича тока I₁^{`</sup>, избираме стандартен проводник с диаметър 0,733 mm; записваме данните за избрания проводник: d<sub>1</sub><sup>`}=0,733 mm; d_1ИЗ^{`</sup>=0,795 mm; q<sub>1</sub><sup>`}=0,43008 mm²; r₀₁^`=40,7.10^-3 /m.

За проводника на вторичната намотка, през която протича тока I₂= I₂^{`</sup>= I<sub>2</sub><sup>”</sup>, избираме стандартен проводник с диаметър 0,899 mm; записваме данните за избрания проводник: d<sub>2</sub><sup>`}=d₂^”=0,899 mm; d_2ИЗ^”=0,955 mm; q₂^”=0,63617 mm²;

r₀₂^”=27,6.10^-3/m.

За проводника на вторичната намотка, през която протича тока I₃, избираме стандартен проводник с диаметър 0,505 mm; записваме данните за избрания проводник: d₃=0,505 mm; d_3ИЗ=0,560 mm; q₃=0,20428 mm²; r₀₃=85,9.10^-3/m.

За проводника на вторичната намотка, през която протича тока I₄, избираме стандартен проводник с диаметър 1,713 mm; записваме данните за избрания проводник: d₄=1,713 mm; d_4ИЗ=1,82 mm; q₄=2,3779 mm²;r₀₄=7,35.10^-3/m.

-- Разполагане на намоткит. Избор на макара. Избор на изолации между намотките и между редовете в тях:
Тъй като трансформаторите с цилиндрично навити намотки са с малка разсейвана индукция и са по-технологични, избираме цилиндричното разполагане на намотките върху макарата. Не се предвижда секцеониране на намотките, а подреждането на проводника във всяка намотка ще бъде в редове.

Първо се навива първичната намотка, а върху нея – вторичните. Навиваме прожодника d₁^{`</sup>, а след това d<sub>2</sub><sup>”</sup>. Така, частта от първичната намотка, през която (при включване на ММТ към захранващо напрежение 127 V) може да протече по-големият ток (I<sub>1</sub><sup>`}), остава расположена по-близо до ядрото на магнитоорвода и се охлажда по-добре. Подреждането на трите вторични намотки става по посока на нарастване на диаметъра на проводника, от който са навити – навива се вторичната намотка с най-тънък проводник, т.е. W₃. След това се навива W₂^` и W₂^``(без значение коя от тях ще бъде първа и коя – втора). Най-външната остава вторичната намотка с най-дебелия проводник, т.е. W₄. така намотките, нуждаещи се от по-добро охлаждане остават изтеглени по-навън, а тези през които тече по-малък ток (тези с по-тънък проводник) и не се нуждаят от охлаждане – остават навити във вътрешната част на макарата.

Макарата ще бъде сглобяема, изработена от гетинакс,с дебелина 2,5 mm, диелектрична якост 8 kV/mm и клас на топло устоичивост А(до 105С).

Между редовете в намотките се поставя еднослойна изолация от кондензаторна хартия с дебелина 0,1mm. Подходяща за изолация между намотките е импрегнираната изолационна хартия с дебилина 0,11mm. В съответствие с данните избираме трислойна изолация с дебелина 0,4 mm, поставена между първичната и вторичната намотка.

IV. Контролни изчисления:

Изчисляваме броя на редовете С_i във всяка от намотките:

Изчисляваме дебелината на А_i на всяка от намотките и тяхната общя дебелина А₀:

-- Контролиране теглото на активните материали:

Изчисляваме тегловното отношение :

Действителната стойност на  е в границите 26, а разликата между приетата и действителната стойност на тегловното отношение е по-малак от 50%.

-- Контролиране коефициента на полезно действие:
Определяме загубите в медта Р_М200V при захранващо напрежение 220 V:



W

Определяме загубите в медта Р_М127V при захранващо напрежение 127 V:

Определяме коефициента на специфични загуби в стоманата. За стомана Э310, дебелината на листа 0.36 mm и честотата 50 Hz отчитаме за индукция B=1,6T, коефициент на специфичните загуби p_С=2,15; за индукция B=1,7T, коефициент на специфичните загуби p_С=2,5. Чрез опроксимация на посочените два коефициента на специфични загуби, за индукция 1,63Т определяме p_С=2,26. Определяме загубите в магнитопровода:

Чрез получените стойности за загубите в стоманата и медта изчисляваме коефициента на полезно действие  на трансформатора при включването му към захранващо напрежение 220 V и включването му към 127 V:

Сравняваме получените коефициенти на полезо действие с препорачителните стойности. При мощност =154,675 W, и двете стойности на к.п.д. попадат в препоръчания диапазон =0,900,95.

-- Контролиране на загряването:
Определяме охлаждащата повърхност на трансформатора:

m².

За исчисляването на максималната температура Т_MAX220V, С на повърхността на ММТ при захранващо напрежение 220 V:

Исчисляваме на максималната температура при захранващо напрежение 127 V:

Изчисляваме максималната температура във вътрешността на ММТ.тъй като коефициентът на запълване е в средата на диапазона 0,70,9, а типовата мощност на ММТ е далеч от стойността 200 W (която се счита за граница над която загряването е достатъчно голямо, за да се промени формата на магнитопровода от Ш-образен в П-оразен), от диапазона 1030С избираме стойността 25С:

Получената максимална температура във вътрешността на ММТ не превишава топлоустойчивостта на използваните диелектрици(105°С).

V. Графична част:

VI. Използвана литература: