Thiết kế máy biến áp

Một máy biến áp truyền công suất điện từ mạch này sang mạch khác mà tần số không thay đổi. Nó chứa cuộn sơ cấp và thứ cấp. Cuộn sơ cấp được nối với nguồn cung cấp chính và thứ cấp với mạch yêu cầu. Trong của chúng tôi mạch dự án , chúng tôi đã thiết kế máy biến áp một pha 50 hertz công suất thấp (10 KVA) theo yêu cầu của chúng tôi trong dự án.

Máy biến áp về cơ bản có ba loại:

1. Loại lõi
2. Loại vỏ
3. Hình xuyến

Trong lõi, các cuộn dây loại bao quanh một phần của lõi trong khi trong lõi loại vỏ bao quanh các cuộn dây. Trong loại Core, có hai loại chính là loại E-I và loại U-T. Trong này thiết kế máy biến áp , chúng tôi đã sử dụng loại lõi E-I. Chúng tôi chọn lõi E-I vì cuộn dây dễ dàng hơn nhiều so với lõi hình xuyến, nhưng hiệu suất rất cao (95% -96%). Sở dĩ như vậy là do sự mất thông lượng trong các lõi hình xuyến tương đối ít hơn.

Các máy biến áp được sử dụng trong dự án là

1. Máy biến áp loạt: Để cung cấp điện áp tăng hoặc điện áp buck cần thiết và
2. Máy biến áp điều khiển: Để cảm nhận điện áp đầu ra và cung cấp điện.

Công thức thiết kế:

Ở đây chúng tôi tham khảo dữ liệu cuộn dây trên bảng dây đồng tráng men và kích thước của bảng dập máy biến áp để lựa chọn cuộn dây đầu vào và đầu ra SWG và lõi của máy biến áp cho các thông số kỹ thuật đã cho.

Quy trình thiết kế được tuân theo giả định rằng các thông số kỹ thuật sau của máy biến áp được đưa ra: -

• Điện áp thứ cấp (Vs)
• Dòng điện thứ cấp (Is)
• Tỷ lệ lượt (n2 / n1)

Từ các chi tiết đã cho này, chúng tôi tính toán chiều rộng Lưỡi, chiều cao ngăn xếp, loại lõi, diện tích cửa sổ như sau: -

• Volt-Amps thứ cấp (SVA) = điện áp thứ cấp (Vs) * dòng thứ cấp (Is)
• Volt-Amps sơ cấp (PVA) = Volt-Amps thứ cấp (SVA) / 0.9 (giả sử hiệu suất của máy biến áp là 90%)
• Điện áp sơ cấp (Vp) = Điện áp thứ cấp (Vs) / tỷ lệ vòng quay (n2 / n1)
• Dòng sơ cấp (Ip) = Volt-Amps sơ cấp (PVA) / Điện áp sơ cấp (Vp)
• Diện tích mặt cắt ngang yêu cầu của lõi được cho bởi: - Diện tích lõi (CA) = 1,15 * sqrt (Volt-amps chính (PVA))
• Tổng diện tích lõi (GCA) = Diện tích lõi (CA) * 1.1
• Số vòng trên cuộn dây được quyết định theo tỷ lệ được cho là: - Số vòng trên vôn (Tpv) = 1 / (4,44 * 10-4 * diện tích lõi * tần số * mật độ từ thông)

Dữ liệu quanh co trên dây đồng tráng men

(@ 200A / cm²)

Kích thước của dập máy biến áp (Bảng lõi):

Đối với hoạt động trên nguồn điện lưới, tần số là 50HZ, trong khi mật độ thông lượng có thể được lấy là 1Wb / cm vuông. đối với thép dập thông thường và 1,3Wb / cm vuông đối với dập CRGO, tùy thuộc vào loại được sử dụng.

Vì thế

• Số lượt sơ cấp (n1) = Số lượt trên vôn (Tpv) * Điện áp sơ cấp (V1)
• Số lượt thứ cấp (n2) = Số lượt trên vôn (Tpv) * điện áp thứ cấp (V2) * 1,03 (Giả sử rằng có 3% giảm trong cuộn dây máy biến áp)
• Chiều rộng của lưỡi lam được cho bởi: -

Chiều rộng lưỡi (Tw) = Sqrt * (GCA)

Mật độ hiện tại

Nó là khả năng mang dòng của một dây trên một đơn vị diện tích mặt cắt ngang. Nó được biểu thị bằng đơn vị Amp / cm². Bảng dây được đề cập ở trên là để đánh giá liên tục ở mật độ dòng điện 200A / cm². Đối với chế độ hoạt động không liên tục hoặc gián đoạn của máy biến áp, người ta có thể chọn mật độ cao hơn lên đến 400A / cm², tức là gấp đôi mật độ bình thường để tiết kiệm chi phí đơn vị. Nó được chọn là, nhiệt độ tăng đối với các trường hợp hoạt động gián đoạn sẽ ít hơn đối với các trường hợp hoạt động liên tục.

Vì vậy, tùy thuộc vào mật độ dòng điện đã chọn, bây giờ chúng ta tính toán các giá trị của dòng điện sơ cấp và thứ cấp cần tìm kiếm trong bảng dây để chọn SWG: -

n1a = Dòng điện sơ cấp (Ip) được tính toán / (mật độ dòng điện / 200)

n2a = Dòng thứ cấp (Is) được tính toán / (mật độ dòng / 200)

Đối với các giá trị này của dòng điện sơ cấp và thứ cấp, chúng tôi chọn SWG và Số lượt tương ứng trên mỗi sqcm từ bảng dây. Sau đó ta tiến hành tính toán như sau: -

• Diện tích chính (pa) = Lượt chính (n1) / (Lượt chính trên mỗi cm vuông)
• Diện tích thứ cấp (sa) = Lượt thứ cấp (n2) / (Lượt thứ cấp trên mỗi cm vuông)
• Tổng diện tích cửa sổ cần thiết cho lõi được cho bởi: -

Tổng diện tích (TA) = Diện tích sơ cấp (pa) + Diện tích thứ cấp (sa)

• Có thể lấy thêm không gian cần thiết cho vật liệu trước và vật liệu cách nhiệt bằng 30% không gian thừa của diện tích cuộn dây thực tế yêu cầu. Giá trị này là gần đúng và có thể phải sửa đổi, tùy thuộc vào phương pháp quấn dây thực tế.

Diện tích cửa sổ (Wacal) = Tổng diện tích (TA) * 1.3

Đối với giá trị chiều rộng được tính toán ở trên, chúng tôi chọn số lõi và diện tích cửa sổ từ bảng lõi đảm bảo rằng diện tích cửa sổ được chọn lớn hơn hoặc bằng diện tích lõi Gross. Nếu điều kiện này không được thỏa mãn, chúng tôi sử dụng chiều rộng lưỡi cao hơn đảm bảo điều kiện tương tự với sự giảm chiều cao ngăn xếp tương ứng để duy trì diện tích lõi tổng xấp xỉ không đổi.

Do đó, chúng tôi có được chiều rộng lưỡi có sẵn (Twavail) và khu vực cửa sổ ((lịch phát sóng) (aWa)) từ bảng cốt lõi

• Chiều cao ngăn xếp = Tổng diện tích lõi / Chiều rộng lưỡi ((có sẵn) (atw)).

Đối với mục đích kích thước cũ có sẵn trên thị trường, chúng tôi ước tính tỷ lệ chiều cao của ngăn xếp trên chiều rộng lưỡi với các số liệu gần nhất sau đây là 1,25, 1,5, 1,75. Trong trường hợp xấu nhất, chúng tôi lấy tỷ lệ bằng 2. Tuy nhiên, bất kỳ tỷ lệ nào cho đến 2 đều có thể được lấy, điều này sẽ khiến cho tỷ lệ này trở thành riêng cũ.

Nếu tỷ lệ lớn hơn 2, chúng ta chọn chiều rộng lưỡi cao hơn (aTw) đảm bảo tất cả các điều kiện như trên.

• Chiều cao ngăn xếp (ht) / chiều rộng lưỡi (aTw) = (một số tỷ lệ)
• Chiều cao ngăn xếp đã sửa đổi = Chiều rộng lưỡi (aTw) * Giá trị gần nhất của tỷ lệ chuẩn
• Diện tích lõi tổng được sửa đổi = Chiều rộng lưỡi (aTw) * Chiều cao ngăn xếp được sửa đổi.

Quy trình thiết kế tương tự cũng áp dụng cho máy biến áp điều khiển, trong đó chúng ta cần đảm bảo rằng chiều cao ngăn xếp bằng chiều rộng lưỡi.

Do đó, chúng tôi tìm số lõi và chiều cao ngăn xếp cho các thông số kỹ thuật đã cho.

Thiết kế một máy biến áp bằng cách sử dụng một ví dụ:

• Các chi tiết cụ thể như sau: -
• Giây phút điện áp (Vs) = 60V

Dòng giây (Is) = 4,44A

• Lượt trên mỗi tỷ lệ (n2 / n1) = 0,5

Bây giờ chúng ta phải tính toán như sau: -

• Sec.Volt-Amps (SVA) = Vs * Is = 60 * 4,44 = 266,4VA
• Prim.Volt-Amps (PVA) = SVA / 0.9 = 296.00VA
• Điện áp Prim (Vp) = V2 / (n2 / n1) = 60 / 0,5 = 120V
• Dòng điện trước (Ip) = PVA / Vp = 296.0 / 120 = 2.467A
• Diện tích lõi (CA) = 1,15 * sqrt (PVA) = 1,15 * sqrt (296) = 19,785 cm²
• Tổng diện tích lõi (GCA) = CA * 1,1 = 19,785 * 1,1 = 21,76 cm²
• Số vòng trên volt (Tpv) = 1 / (4,44 * 10-4 * CA * tần số * Mật độ từ thông) = 1 / (4,44 * 10-4 * 19,785 * 50 * 1) = 2,272 vòng mỗi volt
• Prim.Turns (N1) = Tpv * Vp = 2,276 * 120 = 272,73 lượt
• Sec.Turns (N2) = Tpv * Vs * 1,03 = 2,276 * 60 * 1,03 = 140,46 lượt
• Chiều rộng lưỡi (TW) = Sqrt * (GCA) = 4.690 cm
• Chúng tôi đang chọn mật độ dòng điện là 300A / cm², nhưng mật độ dòng điện trong bảng dây được cho là 200A / cm², khi đó
• Giá trị tìm kiếm hiện tại chính = Ip / (mật độ dòng / 200) = 2.467 / (300/200) = 1.644A
• Giá trị tìm kiếm dòng thứ cấp = Is / (mật độ dòng / 200) = 4,44 / (300/200) = 2,96A

Đối với các giá trị này của dòng điện sơ cấp và thứ cấp, chúng tôi chọn SWG và Số lượt tương ứng trên mỗi sqcm từ bảng dây.

SWG1 = 19 SWG2 = 18

Lượt trên mỗi cm vuông của sơ cấp = 87,4 cm² lượt trên mỗi cm vuông của phụ = 60,8 cm²

• Diện tích chính (pa) = n1 / lượt mỗi sqcm (chính) = 272,73 / 87,4 = 3.120 cm²
• Diện tích phụ (sa) = n2 / lượt trên sqcm (phụ) = 140,46 / 60,8 = 2.310 cm²
• Tổng diện tích (at) = pa + sa = 3.120 + 2.310 = 5.430 cm²
• Diện tích cửa sổ (Wa) = tổng diện tích * 1,3 = 5,430 * 1,3 = 7,059 cm²

Đối với giá trị chiều rộng được tính toán ở trên, chúng tôi chọn số lõi và diện tích cửa sổ từ bảng lõi đảm bảo rằng diện tích cửa sổ được chọn lớn hơn hoặc bằng diện tích lõi Gross. Nếu điều kiện này không được thỏa mãn, chúng tôi sử dụng chiều rộng lưỡi cao hơn đảm bảo điều kiện tương tự với sự giảm chiều cao ngăn xếp tương ứng để duy trì diện tích lõi tổng xấp xỉ không đổi.

Do đó, chúng tôi nhận được chiều rộng lưỡi có sẵn (Twavail) và khu vực cửa sổ ((lịch phát sóng) (aWa)) từ bảng cốt lõi:

• Vì vậy, chiều rộng lưỡi có sẵn (atw) = 3,81cm
• Diện tích cửa sổ khả dụng (awa) = 10,891 cm²
• Số lõi = 16
• Chiều cao ngăn xếp = gca / atw = 21,99 / 3,810 = 5,774cm

Vì lý do hiệu suất, chúng tôi ước tính tỷ lệ chiều cao ngăn xếp trên chiều rộng lưỡi (aTw) gần nhất với các số liệu sau đây gần nhất là 1,25, 1,5 và 1,75. Trong trường hợp xấu nhất, chúng tôi lấy tỷ lệ bằng 2.

Nếu tỷ lệ lớn hơn 2, chúng tôi chọn chiều rộng lưỡi cao hơn đảm bảo tất cả các điều kiện như trên.

• Chiều cao ngăn xếp (ht) / chiều rộng lưỡi (aTw) = 5.774 / 3.81 = 1.516
• Chiều cao ngăn xếp đã sửa đổi = Chiều rộng lưỡi (aTw) * Giá trị gần nhất của tỷ lệ chuẩn = 3.810 * 1.516 = 5.715cm
• Tổng diện tích lõi đã sửa đổi = Chiều rộng lưỡi (aTw) * Chiều cao ngăn xếp được sửa đổi = 3.810 * 5.715 = 21.774 cm²

Do đó, chúng tôi tìm số lõi và chiều cao ngăn xếp cho các thông số kỹ thuật đã cho.

Thiết kế một máy biến áp điều khiển nhỏ với ví dụ:

Các chi tiết cụ thể như sau: -

• Giây phút điện áp (Vs) = 18V
• Dòng giây (Is) = 0,3A
• Số lượt theo tỷ lệ (n2 / n1) = 1

Bây giờ chúng ta phải tính toán như sau: -

• Sec.Volt-Amps (SVA) = Vs * Is = 18 * 0,3 = 5,4VA
• Prim.Volt-Amps (PVA) = SVA / 0.9 = 5.4 / 0.9 = 6VA
• Nghiêm trang. Điện áp (Vp) = V2 / (n2 / n1) = 18/1 = 18V
• Nghiêm trang. dòng điện (Ip) = PVA / Vp = 6/18 = 0,333A
• Diện tích lõi (CA) = 1,15 * sqrt (PVA) = 1,15 * sqrt (6) = 2,822 cm²
• Diện tích lõi chéo (GCA) = CA * 1.1 = 2.822 * 1.1 = 3.132 cm²
• Số vòng trên volt (Tpv) = 1 / (4,44 * 10-4 * CA * tần số * Mật độ từ thông) = 1 / (4,44 * 10-4 * 2,822 * 50 * 1) = 15,963 vòng mỗi volt
• Nghiêm trang. Lượt (N1) = Tpv * Vp = 15,963 * 18 = 287,337 lượt
• Sec.Turns (N2) = Tpv * Vs * 1,03 = 15,963 * 60 * 1,03 = 295,957 lượt
• Chiều rộng lưỡi (TW) = Sqrt * (GCA) = sqrt * (3.132) = 1.770 cm

Chúng tôi đang chọn mật độ dòng điện là 200A / cm², nhưng mật độ dòng điện trong bảng dây được cho là 200A / cm², khi đó

• Giá trị tìm kiếm hiện tại chính = Ip / (mật độ dòng / 200) = 0,333 / (200/200) = 0,333A
• Giá trị tìm kiếm dòng thứ cấp = Is / (mật độ dòng / 200) = 0,3 / (200/200) = 0,3A

Đối với các giá trị này của dòng điện sơ cấp và thứ cấp, chúng tôi chọn SWG và Số lượt tương ứng trên mỗi Sq. cách bàn dây cm.

SWG1 = 26 SWG2 = 27

Lượt mỗi Sq. cm của chính = 415 lượt Lượt trên mỗi Sq. cm thứ cấp = 504 lượt

• Diện tích chính (pa) = n1 / lượt trên mỗi cm vuông (chính) = 287.337 / 415 = 0,692 cm²
• Diện tích phụ (sa) = n2 / lượt trên sqcm (phụ) = 295,957 / 504 = 0,587 cm²
• Tổng diện tích (at) = pa + sa = 0,692 + 0,587 = 1,280 cm²
• Diện tích cửa sổ (Wa) = tổng diện tích * 1.3 = 1.280 * 1.3 = 1.663 cm²

Đối với giá trị chiều rộng được tính toán ở trên, chúng tôi chọn số lõi và diện tích cửa sổ từ bảng lõi đảm bảo rằng diện tích cửa sổ được chọn lớn hơn hoặc bằng diện tích lõi Gross. Nếu điều kiện này không được thỏa mãn, chúng tôi sử dụng chiều rộng lưỡi cao hơn đảm bảo điều kiện tương tự với sự giảm chiều cao ngăn xếp tương ứng để duy trì diện tích lõi tổng xấp xỉ không đổi.

Do đó, chúng tôi có được chiều rộng lưỡi có sẵn (Twavail) và khu vực cửa sổ ((lịch phát sóng) (aWa)) từ bảng cốt lõi

• Vì vậy, chiều rộng lưỡi có sẵn (atw) = 1.905cm
• Diện tích cửa sổ khả dụng (awa) = 18,969 cm²
• Số lõi = 23
• Chiều cao ngăn xếp = gca / atw = 3,132 / 1,905 = 1,905cm

Vì thế điều khiển biến áp được thiết kế.