Трансформатор питания (стр. 1 из 4)
Министерство образования и науки Украины
Харьковский национальный университет радиоэлектроники
Кафедра ПЭЭА
РАСЧЕТНО-ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
К КУРСОВОМУ ПРОЕКТУ
по дисциплине: Элементная база ЭА
на тему: Трансформатор питания
Выполнил
Проверил
Харьков 2009
Содержание
Введение
1. Анализ технического задания
1.1 Анализ условий эксплуатации
1.2 Обоснование дополнительных требований и параметров
2. Обзор аналогичных конструкций и выбор направления проектирования
3. Расчет конструкции и необходимых деталей
3.1 Расчет стержневого трансформатора
4. Описание конструкции и технологии
Заключение
Список литературы
Введение
Трансформаторы являются наиболее широко используемыми элементами в различной аппаратуре.
Трансформаторы питания преобразуют переменное напряжение первичного источника в любые другие значения, необходимые для нормального функционирования аппаратуры. Кроме того, трансформатор питания позволяет получать ряд вторичных напряжений, электрически не зависимых друг от друга и от питающей сети.
Наиболее просто применять для электропитающего устройства специально спроектированные трансформаторы для обеспечения высокого качества работы и требуемой надежности, низкой стоимости, минимальной массы и объема.
В тех случаях, когда напряжение или ток на вторичной стороне унифицированного трансформатора не соответствует требуемым значениям, приходится рассчитывать и изготовлять трансформатор. Не применяют унифицированный трансформатор также, если остаются незадействованными некоторые секции вторичной обмотки, что приводит к нежелательному увеличению объема и массы устройства.
Более высокие показатели можно обеспечить на основании детальных расчетов, что и является целью курсового проекта - расчет трансформатора питания с заданными параметрами, обеспечив при этом минимальные габаритные размеры.
1. Анализ технического задания
1.1 Анализ условий эксплуатации
Исходные данные:
- напряжение источника питания; 
- частота источника питания; 
- напряжение первой вторичной обмотки; 
- ток первой вторичной обмотки; 
- напряжение второй вторичной обмотки; 
- ток второй вторичной обмотки.Обеспечить минимальные габаритные размеры.
Программа выпуска 5000 шт. в год.
В условиях ТЗ не указан вид аппаратуры, в которой будет использоваться трансформатор. По ГОСТ 15150-69 он относится к первой группе исполнения УХЛ (аппаратура, работающая в жилых помещениях), категория размещения 4.2 (аппаратура, предназначенная для эксплуатации в отапливаемых помещениях). Общие нормы климатических воздействий на РЭА для исполнения УХЛ приведены в таблице 1.1
Таблица 1.1 - Общие нормы климатических воздействий на РЭА
| Исполнение | Категорияразмещения | Воздействия температуры, °С | Воздействия относительной влажности,% | |||||
| Рабочие | Предельные | Рабочие | ||||||
| Верхн. | Нижн. | Ср. | Верхн. | Нижн. | Верхнее | |||
| УХЛ | 4.2 | +35 | +10 | +20 | +40 | +1 | 98% | при 25°С |
В соответствии с ГОСТ 16019-78 должна выдерживать нормативные воздействия, приведенные в таблице 1.2
Таблица 1.2 - Наземная профессиональная РЭА. Нормы климатических и механических воздействий для 1-й группы
| Вид воздействия, характеристики | Нормы воздействий |
| Прочность при транспортировании (в упакованном виде): | |
| ускорение, g | 15 |
| длительность ударного импульса, мс | 11 |
| число ударов, не менее | 1000 |
| Теплоустойчивость: | |
рабочая температура,  | 40 |
| предельная температура, | 55 |
| Пониженное атмосферное давление: | |
| атмосферное давление, кПа | 70 |
| Холодоустойчивость | |
| предельная температура, | -40 |
| Влагоустойчивость: | |
| влажность,% | 93 |
| температура, | 25 |
1.2 Обоснование дополнительных требований и параметров
Для каждой из конструкций трансформатора существует "оптимальная геометрия" (соотношение размеров магнитопровода), обеспечивающая получение минимальной массы, объема или стоимости. Пользуясь [1, табл.13], выбираем конструкцию трансформатора с учетом его мощности и частоты сети - стержневая с двумя катушками (по сравнению с броневой конструкцией при одинаковом объеме выигрыш по мощности 6 - 25%).
Стержневой двухкатушечный трансформатор обладает большей поверхностью охлаждения (за счет поверхностей катушки) и поэтому допускает большие плотности тока
. По этой причине двухкатушечный ленточный трансформатор имеет удельные мощности по массе и объему больше, чем у ленточного броневого трансформатора: при 50 Гц - до 30% и при 400Гц - до 20%.Стержневой двухкатушечный трансформатор имеет меньшую индуктивность рассеяния (на каждой катушке только половина витков и поэтому толщина катушки меньшая), меньшее внешнее электромагнитное поле и меньшую восприимчивость к постоянным электромагнитным полям (наведенные ЭДС в обеих катушках вычитаются).
К недостатку стержневого двухкатушечного трансформатора следует отнести уменьшенный примерно на 15% коэффициент заполнения окна медью, т.к у нее вдвое больше изоляционных материалов между отдельными обмотками и между магнитопроводом и обмоткой.
С учетом, что
, выбираем электротехническую сталь марки Э310 с толщиной лент 
. Также для обеспечения минимальных габаритных размеров принимают максимальное значение магнитно возможную индукцию магнитопровода и плотности тока в обмотках, удовлетворяя требуемым параметрам.2. Обзор аналогичных конструкций и выбор направления проектирования
В зависимости от технологии изготовления магнитопроводы трансформаторов небольшой мощности делятся на пластинчатые и ленточные. По конструктивному выполнению пластинчатые и ленточные магнитопроводы делятся на три основных типа: стержневые, броневые и кольцевые.
Все перечисленные ранее конструкции магнитопроводов применяются в качестве сердечников в однофазных трансформаторах. В трехфазных трансформаторах обычно используется стержневая конструкция, называемая также Е - образной.
Так как трансформатор имеет большие электромагнитные силовые потоки, то соответственно и большие размеры обмоток элемента. Для уменьшения размеров и массы важную роль играет грамотный подбор материалов составных частей трансформатора.
В современных РЭА масса и габариты устройств питания составляют 0.5-0.1 общей массы и габаритов и на их долю приходится в некоторых случаях до 50% отказов. Что требует совершенствования трансформаторов питания. Основные трудности при этом определяются тем, что материалы сердечников имеют ограниченные магнитную проницаемость, индукцию насыщения и большие потери.
Согласно условиям внешних климатических, механических и физических воздействий использование броневого трансформатора оправдано
Учитывая недостатки в существующих трансформаторах, относительно проектируемого выбираем следующие направления:
При стяжки трансформатора между стойкой и магнитопроводом подложить слой бумаги К-12 ГОСТ 1908-88 для того, чтобы предотвратить возможность образования короткозамкнутого витка вокруг всего сердечника или его части; образование такого витка приводит к сильному нагреву трансформатора и потере их мощности, что не допустимо для реализации минимальных габаритных размер;
Фиксация всей конструкции к основанию осуществляется клеем ВК ОСТ4ГО.029.204.
Обмотка трансформатора - открытого типа, то есть крышки не имеет, так как условия работы - лаборатории, жилые дома и другие подобные помещения.
В качестве обмотки применяем провод марки ПЭВ-1 (ГОСТ 7262-78), допускающий перегрев до 105°С.
Торцы магнитопровода покрывают эмалью МЛ-152 синяя У1 ОСТ 4.070.015.
3. Расчет конструкции и необходимых деталей
3.1 Расчет стержневого трансформатора
Расчет ведем, исходя из допустимого перегрева
.1. Зная величину
, выбираем сталь марки Э310 с толщиной лент .2. Определяем мощность вторичной обмотки
(3.1) 
; (3.1) 
.