Министерство образования Российской Федерации

ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ ( ТУСУР )

Кафедра промышленной электроники Контрольная работа

По дисциплине “Магнитные элементы электронных устройств”

Дата выполнения работы ________________________________

Номер варианта ______82*15/div 100=12__________________

Дата проверки __________________________________________

Оценка _________________________________________________

ФИО преподавателя _____________________________________

Подпись преподавателя __________________________________

Задача №1 Вариант 12 Т.М.Е. 7.

Рассчитать двух обмоточный трансформатор с медными обмотками на тороидальном магнитопроводе , работающего в условиях естественного воздушного охлаждения . Трансформатор должен удовлетворять критерию оптимальной массы и стоимости на единицу входной мощности при номинальных данных :

Первичное напряжение U₁ ,В ……..127

Вторичное напряжение U₂,В………48

Вторичный ток I₂ , A ………………100

Частота сети питания f₁ , кГц…….5

Коэффициенты мощности cos и полезного действия  должны быть не менее 0.95.

Конечными результатами являются : линейные размеры магнитопровода , числа витков обмоток и сечения их проводников , весовые показатели магнитопровода , катушек и трансформатора в целом .

1.1 Выбор конструктивного исполнения :

С учетом варианта выбрана тороидальная конструкция МЭ .

2. Выбор магнитного материала :

При выборе магнитного материала необходимо учесть что МЭ будет работать на высоких частотах 5000 Гц . Можно выбрать более дешевую по стоимости текстурованную сталь , но 5 кГц это предельная рабочая частота для этого материала и потому в нашем случае мы пренебрежем ценой в пользу качества и выберем магнитный материал из электротехнического сплава , например электротехнический сплав 50Н толщиной 0.05 мм.

2. Выбор материала обмоток :

Учитывая что МЭ тороидальной конструкции станочная намотка возможна лишь проводом круглого сечения диаметром до 1 мм.. Конструкция работает на высоких частотах 5кГц и напряжении до 1кВ. Учитывая условия задачи , материал обмотки выберем многожильный медный провод диаметром сечения до 1мм с изоляционным материалом класса А . При среднерасчетной плотности тока в j=2.5 A/мм² для вторичной обмотки получается

S_n2= I_n2 / j = 100/2.5=40 мм²

Наибольшее сечение проводников обмоток допускается ,согласно формуле :

S_nf=14/f₁ кГц

Где f₁ = рабочая частота в кГц

S_nf=14/5= 2.8 мм²

Соотношение S_nf <<S_n2 подтверждает тип выбранного обмоточного материала и позволяет принять среднерасчетное значение заполнение катушки проводниками k_зк=0.35

Пользуясь табличными значениями выберем для расчета трансформатора параметры материала магнитопровода , медных обмоток и показатели геометрии для минимальной стоимости . Занесем данные в таблицу 1.

Таблица 1 .

Параметр марка

с

кзс

gc

 c o

к 

f10

B0

f1



1

BS



мм

-

г/см3

ВТ/кг

-

кГц

Тл

кГц

-

-

Тл

Гн/м

50H

0.05

0.75

8.2

4

1.85

1

0.5

5

1.3

1.4

1.6

5*10-4

Таблица 2.

Материал обмоток					Компромиссная геометрия
кзк	gк	к		
-	г/см3	Ом*м	град	ВТ /м2*град	x	y	z	Ks	nc	nh	Nc	Nк		Б
0.35	8.8	0.021	50	10	2	2.3	-	1	0.3	1	10.6	10.6	0	1

Эскиз рассчитываемого тороидального трансформатора показан на рис 1. Здесь выдержаны соотношения размеров : c/a=x=1, b/a=y=1.6 . Эскиз выполнен в системе ‘’AutoCAD 2002 ‘’.

Расчет электромагнитных показателей .

1. Габаритная мощность :

P₁=U₂*I₂/(cos*)=48*100/(0.95*0.95)5318 ВА (2)

2. Рабочая индукция :

(3)

Для формулы (3) определяем :

M_B=((**Б)/(_co*k_*g_c*k_зс))* v/(1+v) = м .

Здесь взято v=1 , средне расчетное ; g_c=8.2 г/см³=8.2*10³ кг/м³

Mj=((**Б)/(_к*к_зк*n_c*n_h))*(1/1+v)= А²/ м³ .

М_р=4*к_ф*n₀*к_зк*n_c*n_h*к_зс*В₀*f₁₀=B/м²

Здесь согласно данным для синусоидального напряжения к_ф=1.11 и величина n₀ для трансформатора равна 0.5

Определяем по формуле (3) рабочую индукцию В_р трансформатора при вычисленных значениях М_в , M_j , M_p , f_1x = f₁/f₁₀= 5

B_p=B₀ =

= В₀*0.558 Тл.

Получаем В_р= 0.5* 0.558  0.279 Тл.

В_* = В_р / B₀ = 0.558 Тл.

3.Сечение магнитопровода определим по следующей формуле :

S_c==

=