Лекція 2.

1.2. Особливості будови, фізичних явищ, розрахунок співвідношень, заступних схем сст:низьковольтних, високочастотних, багатообмоткових.

Мікротрансформатори низької напруги до 500 В і частоти f = 200Гц з номінальною потужністю Р_н = 10...200 Вт завдяки незначній товщині ізоляції їх провідників та малими ізоляційними проміжками відзначаються малими потоками розсіяння первинних та вторинних обмоток. Тому індуктивними опорами розсіяння X₁, X₂^’ порівняно з їх активними опорами R₁, R₂^’ зазвичай нехтують [1].

Маса сталі М_ст у мікротрансформаторів за абсолютною величиною є невеликою, активна складова струму неробочого режиму І_0а порівняно зі струмом намагнічування І_т також незначна, а відносне значення струму неробочого режиму І₀ дорівнюватиме (1)

де - уявна номінальна потужність, яка для заданого спаду напруги трансформатора є пропорційною електромагнітній потужності ; а - базовий лінійний розмір трансформатора, пропорційним якому вважаємо всі інші розміри; Q_μ -повна і q_μ - питома намагнічувальні потужності трансформатора; М_ст - маса сталі. Отже, значення струму намагнічування мікротрансформаторів, згідно з (1) із збільшенням потужності збільшу­ється обернено пропорційно їх лінійним розмірам.

Переважно масу мікротрансформаторів обмежують, в т.ч. і масу сталі, внаслідок чого зростає питома потужність намагнічування q_μ . Це зумовлює додаткове зростання струму намагнічування до 20.. .40% від номінального. Його зростанню сприяє і значна довжина повітряних стиків між листами магнітопроводу порівняно з відносно короткою довжиною сталевого магнітопроводу.

Із зменшенням потужності мікротрансформатора Р_н ≡ а⁴ об'єм його \/_т ≡ а³ зменшується повільніше, і ще повільніше зменшуєть­ся його площа охолодження F ≡ а². Тому для повного використан­ня теплових можливостей ізоляції обмотки мікротрансформатора, щоб мінімізувати його масогабаритні показники, слід дещо збільшити його електромагнітні навантаження: індукцію в осерді та гус­тину струму в обмотках. Тоді, правда, збільшиться опір короткого замикання трансформатора R_к =R₁+ R₂^’ й активна складова напруги короткого замикання DUT. Очевидно, що при збільшенні електромагнітних навантажень в трансформаторі зростуть втрати і зменшиться коефіцієнт віддачі η.

Отже, проектуючи мікротрансформатор, доцільно зменшити його масогабаритні показники за рахунок збільшення їх електромагнітних навантажень. Але це збільшить спад напруги на трансформаторі і зменшить коефіцієнт віддачі, які можуть лімітувати значення електромагнітних навантажень.

Компромісу можна досягти, чітко визначивши залежність між геометричними розмірами трансформатора, його електромагнітними навантаженнями і спадом напруги в трансформаторі _Т або допустимою температурою нагріву обмоток трансформатора θ_т.

Для мікротрансформатора броневої конструкції (рис. 1.1) залежність потужності Р₂ від його геометричних розмірів можна пред­ставити так:

(2)

Рис. 1.1 Геометричні розміри мікротрансформатора броневої конструкції.

Вважається, що задані: макси­мальна індукція в стрижні В_Т, частота f_T, коефіцієнти заповнення площі: магнітопроводу - сталлю k_ст, вікна обмотки - міддю k_м.

Щоб формалізувати задачу ви­значення оптимальних геометричних розмірів трансформатора та їх співвідношень при заданій потужності Р₂ і спаді напруги _Т за критерієм мінімального об'єму V_T, мінімальної маси М_T або вартості W_T - вводять функції мети відповідно: Р₂ /V_T Р₂ / М_T або Р₂ / W_T .При формуванні цих функцій зі співвідношенням (2) доцільно виразити їх через відносні геометричні розміри, прийнявши за базовий розмір, наприклад ширину стрижня магнітопроводу а (рис):

(3)

Тоді аргументами всіх вже згаданих функцій мети з врахуванням обмежень: заданих значень спаду напруги, частоти, коефіцієнтів заповнення сталі магнітопроводу та вікна обмотки з умовою забезпечення, наприклад мінімального об'єму, — будуть відносні розміри х, у, z та індукція В_T.

(4)

де

(4а)

Функція записується тоді в повному вигляді:

(5)

де , – питома маса відповідно сталі магнітопровода та міді котушки з ізоляцією:

Тоді оптимальні співвідношення розмірів x_ov, y_ov, z_ov визначають з умов існування часткових максимумів функції мети, наприклад за мінімумом об'єму

(6)

Розв'язки системи рівнянь (6) є значеннями координат гло­бального оптимуму. Вони можуть коригуватися заданими граничними значеннями ΔU_T, η υ_m та умовами дискретності конструкційних і технологічних параметрів (шириною стрічки, ти­порозмірами серійних магнітопроводів тощо).Виходячи із заданої потужності Р₂,визначають з (4а) базовий розмір а_v.

Аналогічно оптимізують відносні розміри трансформатора x_ov, y_ov, z_ov, а потім і базовий розмір а_м за критерієм маси трансформатора М

(7)

(8)

а також його вартості W врахуванням зазначених обмежень.

Компромісний оптимум розмірів трансформатора за мінімумом маси і одночасно вартості трансформатора визначають за­гальноприйнятим методом: вводячи вагові коефіцієнти k_M та k_W і для цих критеріїв сумісно розв'язують систему рівнянь

(9)

Автором складено програму оптимізаційних розрахунків бро-невого мікротрансформатора за функціями мети (6) з обмежен­ням спаду напруги на трансформаторі ΔU_T% . Ці розрахунки для мікротрансформатора потужністю 50 Вт при ΔU_T% = 10% для стан­дартної ширини стрічки магнітопроводу а = 25мм дали такі опти­мальні співвідношення розмірів трансформатора: x_ov=1,1; y_ov=2,1; z_ov=2,5.

TTS

Трансформатори серії TTS призначені для живлення кіл керування, місцевого освітлення, сигналізації і автоматики, з встановленням на шині TS35.

Таблиця 2.1

ОСВР1М

Трансформатори серії ОСВР1М (однофазні, сухі, модернізовані, встановлювані в оболонки вибухозахищеного і гірського обладнання ) призначені для живлення кіл керування гірського обладнання. Кліматичне виконання У категорія 3 по ГОСТ 15150.

Трансформатори мають підвищену ізоляцію обмоток і підвищену стійкість до перенапруг мережі.

Таблиця 2.2

ТПН

Однофазні уніфіковані трансформатори серії ТПН на напругу мережі 220V 50Hz передбачені для роботи в джерелах живлення РЭА і колах керування електричних мереж. Виконуються трансформатори на броньових магнітопроводах типу ШЛ, ШЛМ, ПЛ, ПЛМ як в каркасному так і в бескаркасному варіанті. Можлива герметизація трансформаторів.

Таблиця 2.3

ТА, ТН, ТАН, ТПП

Підприємства виготовляють трансформатори живлення низьковольтні типів ТА, ТН, ТАН, ТПП на частоту 50 Hz, потужністю до 500 VA, передбачені для роботи в джерелах живлення радіоелектронної апаратури.

Трансформатори задовільняють техничним вимогам ОЮО.470.001ТУ . Трансформатори виконують для кліматичних умов УХЛ 4.2  по ГОСТ В 20.39.404-81. По конструкції магнітопровода трансформатори виконують двух типів: стержньові і броньові.