Расчет трансформаторно-выпрямительного стабилизирующего блока питания (напряжение питания - 220 В, частота - 50 Гц, напряжение постоянного тока - 14 В, ток - 0,5 A)

Данные:

U₁=220 В

f=50 Гц

U₂=14 В

I₂=0,5 А

U₃=42 В

I₃=1 А

cosj₂=0,9

cosj₃=1

Диапазон температуры окружающей среды +15…+35⁰С

Перегрев 75⁰С

Расчеты:

1.1. Суммарная мощность вторичных цепей, ВА.

ΣSII=S₂+S₃

                 

ΣS_II=7+42=49

1.2. Тип трансформатора: броневой ленточный трехобмоточный.

1.3. Материал магнитопровода: электротехническая сталь марки 3421                 ГОСТ 21427-73, толщина листа 0,35 мм с термостойким изоляционным покрытием.

1.4. КПД, %.

По графику зависимости КПД трансформатора от мощности лежит в пределах %.

Принимаем h=86%.

1.5. Габаритная мощность, ВА.

1.6. Максимальная магнитная индукция, Тл.

В_мах=1,63

1.7. Коэффициент заполнения окна.

По графику зависимости заполнения окна от мощности при медном обмоточном проводе

К_ок лежит в пределах 0,26…0,32

Принимаем К_ок = 0,3

1.8. Коэффициент заполнения сталью.

Определяется по таблице 1.

Сталь с лаковой изоляцией толщина листа 0,35мм.

К_ст=0,93

1.9. Средняя плотность тока, А/мм².

Определяется по графику зависимости плотности тока от мощности при заданных перегревах и падениях напряжения.

При перегреве 75⁰С и падение напряжения 10%

j_ср – лежит в пределах 2,3…3,5

j_ср = 3.5

1.10. Коэффициент распределения окна между обмотками.

По графику зависимости коэффициента распределения окна между обмотками от габаритной мощности

n = 2,07

1.11. Расчет произведения площади стали на площадь окна, см².

1.12. Оптимальное соотношение размеров для обеспечения минимальной массы по заданному перегреву.

Определяется по таблице 2.

х = 0,9; y = 2; z = 2,5.

1.13. Основной базовый размер (ширина стержня), мм.

Принимаем ближайший стандартный размер а = 16.

1.14. Остальные размеры (предварительно), мм.

1.15. По ГОСТ 22090-76 выбираем стандартный магнитопровод          ШЛ 16´32, с размерами, мм.

a = 16; b = 32; с = 16; h = 40.

Длинна средней магнитной линии l_ср = 13,6.

Произведение

1.16. Скорректированная средняя плотность тока, А/мм²

По стандартным значениям S_ст и S_ок

                 

           

Что примерно соответствует ранее принятому в п. 1.9.

1.17. Падение напряжения в обмотках (предварительно), %

ΔU₁ = 5,5

ΔU₂ = ΔU₃ = 9,5   

1.18. ЭДС во вторичных обмотках, В

1.19. ЭДС в первичной обмотке, В.

1.20. ЭДС одного витка, В.

1.21. Число витков обмоток

1.22. Ток холостого хода, А.

           где l_ст=13,6 – длинна магнитной линии

d=10 ·10^-4– величина стыка в магнитопроводе

Н_мах = 11 – напряженность магнитного поля для стали 3414, при В = 1,55 Тл.

1.23. Суммарная активная мощность вторичных цепей, Вт

1.24. Суммарная реактивная мощность вторичных цепей, ВАр.

1.25. Активная составляющая первичного тока при номинальной нагрузке, А.

1.26. Реактивная составляющая первичного при номинальной нагрузке, А.

                 

1.27. Ток в первичной обмотке при номинальной нагрузке, А

1.28. Относительное значение тока холостого хода, %.

I₀%=100

I₀%=100=36

1.29. Значение тока холостого хода лежит близко к оптимальному рекомендованному значению по графику зависимости тока холостого хода в процентах от габаритной мощности.

I_о% лежит в пределах 30-40%

Принимаем I_о% = 36%.

1.30. Предварительное значение поперечного сечения проводов в обмотке, мм².

q=

Первичной обмотки q₁==0,0884

Вторичной обмотки q₂==0,1515

Третей обмотки         q₃==0,3030

1.31. Стандартные размеры проводов.

Обмотка	W1	W2	W3
Сечение, мм2	0,08553	0,1521	0,3019
Диаметр неизолированного провода, мм2	0,33	0,44	0,62
Диаметр изолированного провода, мм2	0,38	0,5	0,69

1.32. Действительная плотность тока в обмотках, А/ мм².

j=

Первичной обмотки j₁==3,4

Вторичной обмотки j₂==3,3

Третей обмотки        j₃==3,3

1.33. Действительный коэффициент заполнения окна

Что примерно соответствует ранее принятому значению п. 1.7.

1.34. Испытательное значение напряжение, В.

По графику зависимости испытательного напряжения от рабочего напряжения в действующих обмотках.

U_исп=1100

1.35. Марка обмоточного провода ПЭВ-1 ГОСТ 7262-78. Провод эмалированный с венифлексовой изоляцией, класс изоляции А(105⁰С).

1.36.Изоляция трансформатора.

Изоляция	Название	Марка	ГОСТ	Толщина	Число
Каркас	стеклотекстолит	СТ-II	12652-74	1	1
От каркаса	фторопласт	Ф-4ЭН	24222-80	0,1	2
Межобмоточная	лакошёлк	ЛШМ-105	2214-78	0,15	1
Наружная	электрокартон	ЭВП	2824-75	0,2	1

1.37. Осевая длинна намотки, мм.

1.38. Число витков в одном слое каждой обмотки.

W_c=

К_у – коэффициент укладки. Определяется по графику зависимости коэффициента укладки от диаметра провода.

Первичной обмотки w_c1=

Вторичной обмотки w_c2=                

Тетей обмотки          w_c3=

1.39. Число слоев каждой обмотки.

N=

Первичной обмотки N₁=  принимаем N₁= 13

Вторичной обмотки N₂=     принимаем N₁= 2

Третей обмотки        N₃=   принимаем N₁= 6

1.40.Радиальный размер каждой обмотки, мм.

a=

                  Первичной обмотки a₁=

Вторичной обмотки a₂=

Третей обмотки        a₃=

1.41. Полный радиальный размер катушки, мм.

a_к=

                  К_о – коэффициент овальности. Определяется по графику зависимости коэффициента овальности от максимального диаметра провода.

Принимаем К_о=1,07.

a_к=

Зазор, мм.

С-a_к =16-13,8=2,2

Катушка в окне магнитопровод умещается.

1.42. Расстояние от сердечника до середины обмотки, мм.

Первичной обмотки

b₁=

b₁=

Вторичной обмотки

b₂=

b₂=

Третей обмотки 

b₃=

b₃=

1.43.Наружный диаметр каркаса, мм.

1.44. Средняя витка каждой обмотки, мм.

l_срb

Первичной обмотки l_1ср=

Вторичной обмотки l_2ср=

Третей обмотки        l_3ср=

1.45. Длинна проводов обмоток, м.

L_i=

Первичной обмотки L₁=

Вторичной обмотки L₂=

Третей обмотки        L₃=

1.46. Сопротивление обмоток постоянному току, Ом

При температуре 15⁰С

Первичной обмотки

Вторичной обмотки

Третей обмотки       

1.47.Сопротивление обмоток в горячем состоянии, Ом.

Расчетную рабочую температуру примем q=75⁰С

m=

R= 

Первичной обмотки R₁=

Вторичной обмотки R₂=

Третей обмотки        R₃=

1.48. Электрические потери в обмотках, Вт.

Р_э=

Р_э=

1.49. Объем стали, см³.

V_c=

V_c=

1.50. Масса стали, кг.

М_с=

М_с=

1.51. Потери в стали, Вт.

Р_с=

Р_1,5/50=1,875 Вт/кг – удельные потери в стали марки 3421 толщины 0,35 мм по таблице.

Р_с=

1.52. КПД трансформатора в номинальном режиме, %.

h=

h=

1.53. Поверхность охлаждения сердечника, см².

П_с=

П_с=

1.54. Поверхность охлаждения катушки, см².

П_с=

П_с=

1.55. Удельный коэффициент теплоотдачи катушки,.

С учетом пропитки и теплоотдачи на шасси. Выбирается по графику зависимости

a_к=

1.56. Превышение температуры, ⁰С.

q =

q =

Трансформатор подходит по условиям перегрева.