Transformer Design

En transformer overfører elektrisk strøm fra et kredsløb til et andet kredsløb uden ændring i frekvens. Den indeholder primær og sekundær vikling. Primærviklingen er forbundet til hovedforsyningen og sekundær til det krævede kredsløb. I vores projekt kredsløb , vi har taget designet af enfaset transformer med lav effekt (10 KVA) enfaset 50 hertz i henhold til vores krav i projektet.

Transformatoren er grundlæggende af tre typer:

1. Kernetype
2. Skal type
3. Toroidal

I kernen omgiver type viklinger en del af kernen, mens kernen i shell-typen omgiver viklinger. I kernetypen er der to hovedtyper, nemlig E-type og UT-type. Heri transformer design , vi brugte E-I kernetype. Vi valgte E-I-kerne, da viklingen er meget lettere sammenlignet med toroidal, men effektiviteten er meget høj (95% -96%). Det skyldes, at tab af flux er meget mindre i toroide kerner forholdsvis.

Transformatorerne, der er anvendt i projektet, er

1. Serietransformator: For at give den krævede boost- eller buck-spænding og
2. Kontroltransformator: Til registrering af udgangsspænding og strømforsyning.

Designformler:

Her tager vi henvisningen til viklingsdata på emaljeret kobbertrådstabel og dimensioner på transformatorstemplingsbordet for at vælge input- og outputviklinger SWG og transformerens kerne til givne specifikationer.

Designproceduren følges under forudsætning af, at følgende specifikation af en transformer er givet: -

• Sekundær spænding (Vs)
• Sekundærstrøm (Is)
• Drejeforhold (n2 / n1)

Fra disse givne detaljer beregner vi Tongue-bredde, stackhøjde, kernetype, vinduesareal som følger: -

• Sekundær spændingsforstærker (SVA) = sekundær spænding (Vs) * sekundær strøm (Is)
• Primære volt-forstærkere (PVA) = sekundære volt-forstærkere (SVA) / 0,9 (forudsat at transformatorens effektivitet er 90%)
• Primær spænding (Vp) = Sekundær spænding (Vs) / omdrejningsforhold (n2 / n1)
• Primær strøm (Ip) = Primær Volt-Amps (PVA) / Primær spænding (Vp)
• Det krævede tværsnitsareal af kernen er givet ved: - Kerneområde (CA) = 1,15 * sqrt (Primary Volt-ampere (PVA))
• Bruttokerneområde (GCA) = Kerneområde (CA) * 1.1
• Antallet af drejninger på viklingen bestemmes af forholdet angivet som: - Drejer pr. Volt (Tpv) = 1 / (4,44 * 10-4 * kerneområde * frekvens * fluxdensitet)

Opviklingsdata om emaljeret kobbertråd

(@ 200A / cm²)

Dimension af transformerstemplinger (kernetabel):

Ved drift på strømforsyningen er frekvensen 50 Hz, mens fluxdensiteten kan tages som 1 Wb / sq cm. til almindelige stålstemplinger og 1,3 Wb / sq cm til CRGO-stempling, afhængigt af hvilken type der skal bruges.

Derfor

• Primære drejninger (n1) = Drejer pr. Volt (Tpv) * Primær spænding (V1)
• Sekundære drejninger (n2) = Drejninger pr. Volt (Tpv) * sekundær spænding (V2) * 1.03 (Antag, at der er 3% fald i transformatorviklinger)
• Bredden af ​​lamineringstungen er omtrent givet ved: -

Tunge bredde (Tw) = Sqrt * (GCA)

Strømtæthed

Det er den nuværende bæreevne for en ledning pr. Enhed tværsnitsareal. Det udtrykkes i enheder på Amp / cm². Ovennævnte trådtabel er beregnet til en kontinuerlig vurdering ved strømtæthed på 200A / cm². For ikke-kontinuerlig eller intermitterende driftsform for transformatoren kan man vælge en højere densitet op til 400A / cm², dvs. dobbelt så normal densitet for at spare enhedsomkostningerne. Det vælges, da temperaturstigningen for de intermitterende driftssager er mindre for de kontinuerlige driftssager.

Så afhængigt af de valgte aktuelle densiteter beregner vi nu værdierne for primære og sekundære strømme, der skal søges i ledningstabel for valg af SWG: -

n1a = Primær strøm (Ip) beregnet / (strømtæthed / 200)

n2a = Sekundær strøm (Is) beregnet / (strømtæthed / 200)

For disse værdier af primære og sekundære strømme vælger vi den tilsvarende SWG og drejninger pr. Kvadratmeter fra trådtabellen. Så fortsætter vi med at beregne som følger: -

• Primært areal (pa) = Primær drejning (n1) / (Primær omdrejning pr. Kvadratmeter)
• Sekundært areal (sa) = Sekundær drejning (n2) / (Sekundær omdrejning pr. Cm)
• Det samlede vinduesareal, der kræves for kernen, er givet ved: -

Samlet areal (TA) = Primært areal (pa) + Sekundært område (sa)

• Ekstra plads, der kræves til førstnævnte og isolering, kan tages som 30% ekstra plads af det, der kræves af det faktiske viklingsområde. Denne værdi er omtrentlig og skal muligvis ændres afhængigt af den faktiske viklingsmetode.

Vinduesareal (Wacal) = Samlet areal (TA) * 1.3

For den ovennævnte beregnede værdi af tungebredden vælger vi kernetal og vinduesareal fra kernetabellen, hvilket sikrer, at det valgte vinduesareal er større end eller lig med Bruttokerneområdet. Hvis denne betingelse ikke er opfyldt, går vi efter en højere tungebredde, der sikrer den samme tilstand med et tilsvarende fald i stakshøjden for at opretholde et tilnærmelsesvis konstant bruttokerneareal.

Således får vi tilgængelig tungebredde (Twavail) og vinduesareal ((disponibel) (aWa)) fra kernetabellen

• Stakshøjde = Brutto kerneareal / Tunge bredde ((tilgængelig) (atw)).

Til kommercielt tilgængelige tidligere størrelsesformål tilnærmes vi stakhøjde til tunge bredde forhold til de nærmeste følgende figurer på 1,25, 1,5, 1,75. I værste fald tager vi forholdet lig med 2. Dog kan der tages ethvert forhold indtil 2, hvilket vil kræve, at man laver en egen tidligere.

Hvis forholdet er større end 2, vælger vi en højere tungebredde (aTw), der sikrer alle forhold som ovenfor.

• Stakhøjde (ht) / tunge bredde (aTw) = (noget forhold)
• Modificeret stakhøjde = Tungebredde (aTw) * Nærmeste værdi af standardforholdet
• Modificeret Brutto kerneareal = Tongebredde (aTw) * Modificeret stakhøjde.

Den samme designprocedure gælder for kontroltransformator, hvor vi er nødt til at sikre, at stakshøjden er lig Tongue-bredde.

Således finder vi kernetal og stakthøjde til de givne specifikationer.

Designe en transformer ved hjælp af et eksempel:

• De givne detaljer er som følger: -
• Sek. spænding (Vs) = 60V

Sekstrøm (Is) = 4,44A

• Svingninger pr. Forhold (n2 / n1) = 0,5

Nu skal vi beregne som følger: -

• Sek. Volt-forstærkere (SVA) = Vs * Er = 60 * 4,44 = 266,4VA
• Prim. Volt-forstærkere (PVA) = SVA / 0,9 = 296,00VA
• Primærspænding (Vp) = V2 / (n2 / n1) = 60 / 0,5 = 120V
• Primærstrøm (Ip) = PVA / Vp = 296.0 / 120 = 2.467A
• Kerneområde (CA) = 1,15 * sqrt (PVA) = 1,15 * sqrt (296) = 19,785 cm²
• Bruttokerneområde (GCA) = CA * 1,1 = 19,785 * 1,1 = 21,76 cm²
• Svingninger pr. Volt (Tpv) = 1 / (4,44 * 10-4 * CA * frekvens * Fluxdensitet) = 1 / (4,44 * 10-4 * 19,785 * 50 * 1) = 2.272 omdrejninger pr. Volt
• Prim.Turns (N1) = Tpv * Vp = 2.276 * 120 = 272.73 omdrejninger
• Sek. Vendinger (N2) = Tpv * Vs * 1.03 = 2.276 * 60 * 1.03 = 140.46 omdrejninger
• Tungebredde (TW) = Kvadrat * (GCA) = 4.690 cm
• Vi vælger strømtætheden som 300A / cm², men strømtætheden i trådtabellen er angivet for 200A / cm², så
• Primær nuværende søgeværdi = Ip / (strømtæthed / 200) = 2.467 / (300/200) = 1.644A
• Sekundær nuværende søgeværdi = Er / (strømtæthed / 200) = 4,44 / (300/200) = 2,96A

For disse værdier af primære og sekundære strømme vælger vi den tilsvarende SWG og drejninger pr. Kvadratmeter fra trådtabellen.

SWG1 = 19 SWG2 = 18

Drej pr. Kvadratmeter primær = 87,4 cm² omdrejninger pr. Kvadratmeter sekundær = 60,8 cm²

• Primært areal (pa) = n1 / omdrejninger pr. Kvm (primært) = 272,73 / 87,4 = 3,120 cm²
• Sekundært areal (sa) = n2 / omdrejninger pr. Kvm (sekundært) = 140,46 / 60,8 = 2.310 cm²
• Samlet areal (ved) = pa + sa = 3.120 + 2.310 = 5.430 cm²
• Vinduesareal (Wa) = samlet areal * 1,3 = 5,430 * 1,3 = 7,059 cm²

For den ovennævnte beregnede værdi af tungebredden vælger vi kernetal og vinduesareal fra kernetabellen, hvilket sikrer, at det valgte vinduesareal er større end eller lig med Bruttokerneområdet. Hvis denne betingelse ikke er opfyldt, går vi efter en højere tungebredde, der sikrer den samme tilstand med et tilsvarende fald i stakshøjden for at opretholde et tilnærmelsesvis konstant bruttokerneareal.

Således får vi tilgængelig tungebredde (Twavail) og vinduesareal ((avail) (aWa)) fra kernetabellen:

• Så tungen bredde tilgængelig (atw) = 3,81 cm
• Vinduesareal tilgængeligt (afventer) = 10.891 cm²
• Kernetal = 16
• Stakshøjde = gca / atw = 21,99 / 3,810 = 5,774 cm

Af ydeevneårsager tilnærmer vi forholdet mellem stakthøjde og tunge bredde (aTw) til de nærmeste figurer på 1,25, 1,5 og 1,75. I værste fald tager vi forholdet lig med 2.

Hvis forholdet er større end 2, vælger vi en højere tungebredde, der sikrer alle betingelser som ovenfor.

• Stakhøjde (ht) / tungebredde (aTw) = 5.774 / 3.81 = 1.516
• Modificeret stakhøjde = Tungebredde (aTw) * Nærmeste værdi af standardforhold = 3.810 * 1.516 = 5.715cm
• Modificeret Brutto kerneareal = Tungebredde (aTw) * Modificeret stakhøjde = 3.810 * 5.715 = 21.774 cm²

Således finder vi kernetal og stakthøjde til de givne specifikationer.

Design af en lille kontroltransformator med eksempel:

De givne detaljer er som følger: -

• Sek. spænding (Vs) = 18V
• Sekstrøm (Is) = 0,3 A.
• Svingninger pr. Forhold (n2 / n1) = 1

Nu skal vi beregne som følger: -

• Sek. Volt-forstærkere (SVA) = Vs * Er = 18 * 0,3 = 5,4VA
• Prim. Volt-forstærkere (PVA) = SVA / 0,9 = 5,4 / 0,9 = 6VA
• Prim. Spænding (Vp) = V2 / (n2 / n1) = 18/1 = 18V
• Prim. strøm (Ip) = PVA / Vp = 6/18 = 0,333A
• Kerneområde (CA) = 1,15 * sqrt (PVA) = 1,15 * sqrt (6) = 2,822 cm²
• Cross core area (GCA) = CA * 1.1 = 2.822 * 1.1 = 3.132 cm²
• Svingninger pr. Volt (Tpv) = 1 / (4,44 * 10-4 * CA * frekvens * Fluxdensitet) = 1 / (4,44 * 10-4 * 2,822 * 50 * 1) = 15,963 omdrejninger pr. Volt
• Prim. Vender (N1) = Tpv * Vp = 15.963 * 18 = 287.337 omdrejninger
• Sek. Vendinger (N2) = Tpv * Vs * 1.03 = 15.963 * 60 * 1.03 = 295.957 omdrejninger
• Tungebredde (TW) = Sqrt * (GCA) = sqrt * (3.132) = 1.770 cm

Vi vælger strømtætheden som 200A / cm², men strømtætheden i trådtabellen er angivet for 200A / cm², så

• Primær nuværende søgeværdi = Ip / (strømtæthed / 200) = 0,333 / (200/200) = 0,333A
• Sekundær nuværende søgeværdi = Er / (strømtæthed / 200) = 0,3 / (200/200) = 0,3 A.

For disse værdier af primære og sekundære strømme vælger vi den tilsvarende SWG og Turns per Sq. cm fra trådbordet.

SWG1 = 26 SWG2 = 27

Drej pr. Kvm. cm primær = 415 omdrejninger Drejer pr. kvm. cm sekundær = 504 omdrejninger

• Primært areal (pa) = n1 / omdrejninger pr. Kvm (primært) = 287,337 / 415 = 0,692 cm²
• Sekundært areal (sa) = n2 / omdrejninger pr. Kvm (sekundært) = 295,957 / 504 = 0,587 cm²
• Samlet areal (ved) = pa + sa = 0,692 + 0,587 = 1,280 cm²
• Vinduesareal (Wa) = samlet areal * 1,3 = 1,280 * 1,3 = 1,663 cm²

For den ovennævnte beregnede værdi af tungebredden vælger vi kernetal og vinduesareal fra kernetabellen, hvilket sikrer, at det valgte vinduesareal er større end eller lig med Bruttokerneområdet. Hvis denne betingelse ikke er opfyldt, går vi efter en højere tungebredde, der sikrer den samme tilstand med et tilsvarende fald i stakshøjden for at opretholde et tilnærmelsesvis konstant bruttokerneareal.

Således får vi tilgængelig tungebredde (Twavail) og vinduesareal ((disponibel) (aWa)) fra kernetabellen

• Så tilgængelig tunge bredde (atw) = 1.905cm
• Vinduesareal tilgængeligt (forventet) = 18.969 cm²
• Kernetal = 23
• Stakhøjde = gca / atw = 3.132 / 1.905 = 1.905cm

Derfor kontroltransformator er designet.