6.6.3 Проектування трансформатора

При проектуванні вихідною є формула потужності, що зв'язує габарити трансформатора з активною та реактивною потужністю, яка передається у навантаження. Повна потужність у вольтамперах, що споживається первинною обмоткою трансформатора, подається на основі (6.28) виразом [3]:

(6.34)

де – коефіцієнт, що визначає заповнення магнітопроводу феромагнітним матеріалом,

–площа феромагнітного матеріалу магнітопроводу,

–площа перетину магнітопроводу, більша площі феромагнітного матеріалу через наявність у ньому ізоляційних матеріалів між пластинами, які уводять для зменшення втрат на вихрові струми.

Повна потужність, що віддається трансформатором у навантаження, без врахування втрат у ньому, є сума потужностей усіх вторинних обмоток:

, (6.35)

де – ЕРС і струмиі-ої вторинної обмотки;

–кількість витків і-ої обмотки;

к – число вторинних обмоток трансформатора.

Габаритна потужність трансформатора визначається як напівсума габаритних потужностей (6.34), (6.35) первинної і вторинної обмоток:

(6.36)

Щільність струму J в обмотках трансформатора вибирають однаковою:

,

де – площа перетину проводуi–ої обмотки. Звідки:

.

Знайдемо суму, що входить до (6.36) після підстановки до неї значення , врахувавши і первинну обмотку.

, (6.37)

де – площа перетину провідників усіх обмоток.

Підставивши (6.37) у (6.36), отримаємо формулу потужності.

.

У вікно, що має площу , можна закласти кількість проводу загальною площею<. Коефіцієнт заповнення вікна міддюзалежить від товщин ізоляції проводу і міжшарових прокладок; він коливається в межах 0,15…0,4.

З урахуванням цього формула повної потужності набуває вигляду:

. (6.38)

Проведемо аналіз отриманого результату (6.38) [3].

1. Потужність, яку трансформатор віддає до навантаження, пропорційна магнітній індукції у магнітопроводі і щільності струму в обмотках трансформатора.

2. Габарити і маса трансформатора знижуються при підвищені частоти. Цей фактор завжди враховують при виборі частоти автономного джерела змінної напруги. Проте з ростом частоти зростають втрати у магнітопроводі і тому доводиться знижувати амплітуду магнітної індукції Вm, що зменшує ефект, пов’язаний з підвищенням частоти.

3. Габаритна потужність трансформатора пропорційна добутку площі його вікна на площу перетину магнітопроводу. Це свідчить про те, що при збільшені лінійних розмірів трансформатора у разів його габаритна потужність зростає уразів, а маса і об'єм – уразів. Тому питомі масові й об'ємні показники трансформаторів поліпшуються зі збільшенням його габаритної потужності. Саме з цієї причини віддають перевагу одному трансформаторові з багатьма обмотками перед декількома з меншим числом обмоток у кожного.

4. Можна спроектувати трансформатори однієї габаритної потужності з різними перетинами вікна і магнітопроводу. У трансформатор з великим вікном потрібно закласти більше міді, а з малим вікном – більше сталі. Найбільш високий ККД отримують, коли площі магнітопроводу і вікна приблизно рівні.

5. Показано, що ККД трансформатора досягає максимального значення, коли втрати у магнітопроводі і в обмотках рівні. Але цей максимум виражений не різко, тому не завжди доцільно будь-що виконувати цю умову.

Подальша методика проектування трансформатора така.

Після розрахунку габаритної потужності (6.38) вибирають стандартний магнітопровід. Наприклад: Ш-по­діб­ний, витий зі сталевої стрічки товщиною 0,35 мм. Допустиму величину індукції в магнітопроводі приймають такою, щоб втрати не були занадто великими (1,2…1,6 Тл), і визначають по графіках або таблицях питомі втрати в сталі (Вт/кг) і питому потужність намагнічування (Вт/кг). Потім задають щільність струму в проводах ( ≈ 3 А/мм²), коефіцієнти заповнення вікна міддю (σ ≈ 0,3) і магнітопроводу сталлю (≈ 0,9). Знаходять добуток площі вікна на площу перетину магнітопроводу і вибирають конкретні його розміри. Вибирають тип проводу обмоток, визначають число витків у кожній з них. Визначають можливість розміщення обмоток у вікні магнітопроводу і перевіряють тепловий режим трансформатора.