Расчет промежуточного высокочастотного трансформатора
Определим расчетную мощностью трансформатора
Sт =(U1N I1N + 2U2N I2N) / 2 = (80,11•2,85 + 2•11,41•14,14)/2 = 275,5 Вт.
Принимаем для расчета трансформатора мощность Sт =300 Вт.
Исходные данные, необходимые для расчета трансформатора:
расчетная мощность трансформатора, Sт =300 Вт;
напряжение первичной обмотки, U1N = 80,11 В;
ток первичной обмотки, I1N = 2,85 А;
напряжение вторичной обмотки, U2N = 11,41 В;
ток вторичной обмотки, I2N = 14,14 А;
частота, fр = 5000 Гц.
Поскольку частота fр =5000 Гц применение обычных электротехнических cталей для сердечника магнитопровода трансформатора нецелесообразно ввиду значительных удельных потерь этих сталей на частотах выше 50 Гц.
Поэтому в качестве материала сердечника магнитопровода (рис. 30) примем магнитомягкий материал пермалой марки 79HM с толщиной ленты 0,05 мм. Удельные потери такого материала на частоте f = 5000 Гц и при величине индукции 0,5 Тл составляют не более 6 Вт/кг [8].
Рис. 30. Тороидальный сердечник
Толщина ленты, которой намотаны сердечники, 0,05 мм,
lср – средняя длина магнитной силовой линии сердечника.
Sc – активная площадь сечения сердечника.
Таблица 2
Габаритные размеры тороидальных сердечников, выполненных из сплава 79НМ
N п/п |
Размеры, мм |
lcр, см |
Sc1, см2 |
Масса, г |
||
d |
D D |
h |
||||
1 |
20 |
25 |
5 |
7,1 |
0,1 |
6,1 |
2 |
25 |
35 |
6,5 |
9,4 |
0,3 |
21 |
3 |
28 |
40 |
10 |
11 |
0,5 |
44,1 |
4 |
32 |
50 |
10 |
13 |
0,7 |
79,8 |
5 |
50 |
60 |
15 |
17 |
0,8 |
100 |
Определим сечение сердечника трансформатора
Коэффициент С=0,5. Принимаем остальные параметры равными
α =2÷4; f=5000 Гц ; В=0,5 Тл ; j=2,5 А/мм2:
Выбираем 3 сердечника под № 4 из табл. 2.
Площадь окна сердечника, Sок = (π /4)d2=(π /4)•3,22=8,038 см2.
Площадь сердечника магнитопровода одного сердечника с учетом коэффициента заполнения указана в табл. 2: Sc=0,7 см2.
При укладке сердечников друг на друга получим суммарное сечение магнитопровода Sc = 3•0,7=2,1 см2.
Определим число витков первичной обмотки
W1 = U1/(4BScf)=80,11•104/(4•0,5•2,1•5000)=38,14 витков.
Принимаем W1=39 витков.
Число витков вторичной обмотки
W2 = W1/kтр = 39/7,02= 5,55 витка.
Принимаем W2 =6 витков.
Уточним величину коэффициента трансформации:
kтр = W1/W2 = 39/6 = 6,5.
Сечение провода первичной обмотки
q1 = I1N/j = 2,85/2,5 = 1,14 мм2.
Сечение провода вторичной обмотки
q2 = I2N/ j = 14,14/2,5 = 5,656 мм2.
Провода для обмоток выбираем по справочным данным, приведенным в табл. 39.
Для вторичной обмотки берем 6 проводов сечением 0,9161 мм2 и наматываем ими обмотку в параллель. Таким образом, реальное значение q2=0,9161•6=5,4966 мм2.
Для первичной обмотки берем 2 провода сечением 0,5809 мм2 и наматываем ими обмотку в параллель. Реальное значение q1= 0,5809•2 = 1,1618 мм2.
Определим коэффициент заполнения окна трансформатора kзап. Учтем при этом, что трансформатор содержит две вторичные обмотки.
kзап=(q1W1+q2W2)/Sок=(1,1618•39+2•5,4966•6)/803,8=0,138.
Коэффициент заполнения окна трансформатора с тороидальным сердечником не должен превышать 0,2, т.е. kзап≤0,2. Рассчитанный трансформатор удовлетворяет этому требованию.
Следовательно, трансформатор может быть выполнен.
Определим в первом приближении активное сопротивление обмоток трансформатора, приведенное к вторичной обмотке [1]:
Электрические потери в обмотках трансформатора:
ΔРэл.тр = I2dRтр = 202•2,44•10-3 = 0,977 Вт.
Потери в магнитопроводе трансформатора:
ΔРм = Рудm = 6•3•0,0798 = 1,436 Вт,
где: Руд – удельные потери пермаллоя, Вт/кг; m – масса сердечника магнитопровода, кг.
Суммарные потери в трансформаторе
Ртр= Рэл.тр+ Рм=0,977+1,436=2,413 Вт.