Design de transformador

Um transformador transfere energia elétrica de um circuito para outro sem uma mudança na frequência. Ele contém enrolamento primário e secundário. O enrolamento primário é conectado à alimentação principal e o secundário ao circuito necessário. Na nossa circuito de projeto , adotamos o projeto de um transformador de potência monofásico de 50 hertz de baixa potência (10 KVA) de acordo com nossas necessidades no projeto.

O transformador é basicamente de três tipos:

1. Tipo de núcleo
2. Tipo de Concha
3. Toroidal

No núcleo, os enrolamentos do tipo circundam uma parte do núcleo, enquanto no núcleo do tipo concha envolve os enrolamentos. No tipo de núcleo, existem dois tipos principais: tipo E-I e tipo U-T. Nisso projeto do transformador , usamos o tipo de núcleo E-I. Escolhemos o núcleo E-I porque o enrolamento é muito mais fácil quando comparado ao toroidal, mas a eficiência é muito alta (95% -96%). É assim porque a perda de fluxo é muito menor em núcleos toroidais comparativamente.

Os transformadores empregados no projeto são

1. Transformador série: Para fornecer o impulso necessário ou tensão de buck e
2. Transformador de controle: Para detectar a tensão de saída e para fonte de alimentação.

Fórmulas de design:

Aqui, tomamos a referência dos dados de enrolamento na tabela de fios de cobre esmaltado e as dimensões da tabela de estampagem do transformador para selecionar os enrolamentos de entrada e saída SWG e o núcleo do transformador para determinadas especificações.

O procedimento de projeto é seguido assumindo que as seguintes especificações de um transformador são fornecidas: -

• Tensão secundária (Vs)
• Corrente secundária (Is)
• Relação de curvas (n2 / n1)

A partir desses detalhes, calculamos a largura da língua, altura da pilha, tipo de núcleo, área da janela da seguinte forma: -

• Volt-Amps secundários (SVA) = voltagem secundária (Vs) * corrente secundária (Is)
• Volt-Amps primários (PVA) = Volt-Amps secundários (SVA) / 0,9 (assumindo a eficiência do transformador como 90%)
• Tensão primária (Vp) = Tensão secundária (Vs) / relação de espiras (n2 / n1)
• Corrente primária (Ip) = Volt-Amps primário (PVA) / Tensão primária (Vp)
• A área de seção transversal necessária do núcleo é dada por: - Área do núcleo (CA) = 1,15 * sqrt (Volt-amperes primários (PVA))
• Área do núcleo bruta (GCA) = área do núcleo (CA) * 1.1
• O número de voltas no enrolamento é decidido pela razão dada como: - Voltas por volt (Tpv) = 1 / (4,44 * 10-4 * área do núcleo * frequência * densidade de fluxo)

Dados de enrolamento em fio de cobre esmaltado

(@ 200A / cm²)

Dimensão das estampagens do transformador (tabela central):

Para operação na rede elétrica, a frequência é 50 Hz, enquanto a densidade do fluxo pode ser considerada como 1 Wb / cm². para estampados de aço comuns e 1,3 Wb / cm2 para estampados CRGO, dependendo do tipo a ser usado.

Conseqüentemente

• Voltas primárias (n1) = voltas por volt (Tpv) * Tensão primária (V1)
• Voltas secundárias (n2) = voltas por volt (Tpv) * tensão secundária (V2) * 1,03 (suponha que haja uma queda de 3% nos enrolamentos do transformador)
• A largura da língua de laminações é aproximadamente dada por: -

Largura da língua (Tw) = Sqrt * (GCA)

Densidade atual

É a capacidade de carga de corrente de um fio por unidade de área de seção transversal. É expresso em unidades de Amp / cm². A tabela de fios mencionada acima é para uma classificação contínua com densidade de corrente de 200 A / cm². Para o modo não contínuo ou intermitente de operação do transformador, pode-se escolher uma densidade mais alta de até 400 A / cm², ou seja, duas vezes a densidade normal para economizar o custo unitário. Opta-se por, a elevação de temperatura para os casos operacionais intermitentes é menor para os casos operacionais contínuos.

Portanto, dependendo das densidades de corrente escolhidas, agora calculamos os valores das correntes primárias e secundárias que devem ser pesquisados ​​na tabela de fios para selecionar SWG: -

n1a = Corrente primária (Ip) calculada / (densidade de corrente / 200)

n2a = Corrente secundária (Is) calculada / (densidade de corrente / 200)

Para esses valores de correntes primárias e secundárias, escolhemos o SWG e as voltas por centímetro quadrado correspondentes na tabela de fios. Em seguida, procedemos ao cálculo da seguinte forma: -

• Área primária (pa) = voltas primárias (n1) / (voltas primárias por centímetro quadrado)
• Área secundária (sa) = curvas secundárias (n2) / (curvas secundárias por cm²)
• A área total da janela necessária para o núcleo é dada por: -

Área total (TA) = área primária (pa) + área secundária (sa)

• O espaço extra necessário para o molde e o isolamento pode ser considerado como 30% de espaço extra do que é necessário para a área de enrolamento real. Este valor é aproximado e pode ter que ser modificado, dependendo do método de enrolamento real.

Área da janela (Wacal) = Área total (TA) * 1,3

Para o valor calculado acima da largura da lingueta, escolhemos o número do núcleo e a área da janela da tabela do núcleo garantindo que a área da janela escolhida seja maior ou igual à área bruta do núcleo. Se esta condição não for satisfeita, optamos por uma largura de lingueta maior garantindo a mesma condição com uma diminuição correspondente na altura da pilha de modo a manter a área bruta do núcleo aproximadamente constante.

Assim, obtemos a largura da lingueta disponível (Twavail) e a área da janela ((disponível) (aWa)) da tabela central

• Altura da pilha = área bruta do núcleo / largura da língua ((disponível) (atw)).

Para fins de tamanho anterior comercialmente disponíveis, aproximamos a proporção da altura da pilha para a largura da lingueta para as figuras seguintes de 1,25, 1,5, 1,75. Na pior das hipóteses, consideramos a razão igual a 2. No entanto, qualquer razão até 2 pode ser considerada, o que exigiria a criação de uma outra.

Se a proporção for maior que 2, selecionamos uma largura de língua maior (aTw) garantindo todas as condições acima.

• Altura da pilha (ht) / largura da lingueta (aTw) = (alguma proporção)
• Altura da pilha modificada = largura da língua (aTw) * Valor mais próximo da proporção padrão
• Área bruta modificada do núcleo = largura da língua (aTw) * Altura modificada da pilha.

O mesmo procedimento de projeto se aplica ao transformador de controle, onde precisamos garantir que a altura da pilha seja igual à largura da língua.

Assim, encontramos o número do núcleo e a altura da pilha para as especificações fornecidas.

Projetando um transformador usando um exemplo:

• Os detalhes fornecidos são os seguintes: -
• Sec. tensão (Vs) = 60V

Corrente sec (Is) = 4,44A

• Voltas por proporção (n2 / n1) = 0,5

Agora temos que fazer os cálculos da seguinte forma: -

• Sec.Volt-Amps (SVA) = Vs * Is = 60 * 4,44 = 266,4VA
• Prim.Volt-Amps (PVA) = SVA / 0,9 = 296,00VA
• Prim.Voltage (Vp) = V2 / (n2 / n1) = 60 / 0,5 = 120V
• Prim.current (Ip) = PVA / Vp = 296,0 / 120 = 2,467A
• Área central (CA) = 1,15 * sqrt (PVA) = 1,15 * sqrt (296) = 19,785 cm²
• Área bruta do núcleo (GCA) = CA * 1,1 = 19,785 * 1,1 = 21,76 cm²
• Voltas por volt (Tpv) = 1 / (4,44 * 10-4 * frequência CA * * Densidade de fluxo) = 1 / (4,44 * 10-4 * 19,785 * 50 * 1) = 2,272 voltas por volt
• Prim.Turns (N1) = Tpv * Vp = 2,276 * 120 = 272,73 turnos
• Sec.Turns (N2) = Tpv * Vs * 1,03 = 2,276 * 60 * 1,03 = 140,46 voltas
• Largura da língua (TW) = Sqrt * (GCA) = 4,690 cm
• Estamos escolhendo a densidade de corrente como 300A / cm², mas a densidade da corrente na tabela de fios é dada para 200A / cm², então
• Valor de pesquisa de corrente primária = Ip / (densidade de corrente / 200) = 2.467 / (300/200) = 1.644A
• Valor de pesquisa de corrente secundária = Is / (densidade de corrente / 200) = 4,44 / (300/200) = 2,96A

Para esses valores de correntes primárias e secundárias, escolhemos o SWG e as voltas por centímetro quadrado correspondentes na tabela de fios.

SWG1 = 19 SWG2 = 18

Volta por centímetro quadrado do primário = 87,4 cm² voltas por centímetro quadrado do secundário = 60,8 cm²

• Área primária (pa) = n1 / voltas por cm² (primária) = 272,73 / 87,4 = 3,120 cm²
• Área secundária (sa) = n2 / voltas por centímetro quadrado (secundário) = 140,46 / 60,8 = 2,310 cm²
• Área total (at) = pa + sa = 3,120 + 2,310 = 5,430 cm²
• Área da janela (Wa) = área total * 1,3 = 5,430 * 1,3 = 7,059 cm²

Para o valor calculado acima da largura da lingueta, escolhemos o número do núcleo e a área da janela da tabela do núcleo garantindo que a área da janela escolhida seja maior ou igual à área bruta do núcleo. Se esta condição não for satisfeita, optamos por uma largura de lingueta maior garantindo a mesma condição com uma diminuição correspondente na altura da pilha de modo a manter a área bruta do núcleo aproximadamente constante.

Assim, obtemos a largura da língua disponível (Twavail) e a área da janela ((disponível) (aWa)) da tabela central:

• Então, largura da língua disponível (atw) = 3,81 cm
• Área da janela disponível (awa) = 10.891 cm²
• Número do núcleo = 16
• Altura da pilha = gca / atw = 21,99 / 3,810 = 5,774 cm

Por motivos de desempenho, aproximamos a relação entre a altura da pilha e a largura da lingueta (aTw) para as figuras seguintes de 1,25, 1,5 e 1,75. No pior dos casos, consideramos a razão igual a 2.

Se a proporção for maior que 2, selecionamos uma largura de língua maior garantindo todas as condições acima.

• Altura da pilha (ht) / largura da lingueta (aTw) = 5,774 / 3,81 = 1,516
• Altura da pilha modificada = largura da língua (aTw) * Valor mais próximo da proporção padrão = 3,810 * 1,516 = 5,715 cm
• Área bruta modificada do núcleo = largura da língua (aTw) * Altura da pilha modificada = 3,810 * 5,715 = 21,774 cm²

Assim, encontramos o número do núcleo e a altura da pilha para as especificações fornecidas.

Projeto de um pequeno transformador de controle com exemplo:

Os detalhes fornecidos são os seguintes: -

• Sec. tensão (Vs) = 18V
• Corrente sec (Is) = 0,3A
• Voltas por proporção (n2 / n1) = 1

Agora temos que fazer os cálculos da seguinte forma: -

• Sec.Volt-Amps (SVA) = Vs * Is = 18 * 0,3 = 5,4VA
• Prim.Volt-Amps (PVA) = SVA / 0,9 = 5,4 / 0,9 = 6VA
• Prim. Tensão (Vp) = V2 / (n2 / n1) = 18/1 = 18V
• Prim. corrente (Ip) = PVA / Vp = 6/18 = 0,333A
• Área central (CA) = 1,15 * sqrt (PVA) = 1,15 * sqrt (6) = 2,822 cm²
• Área transversal do núcleo (GCA) = CA * 1,1 = 2,822 * 1,1 = 3,132 cm²
• Voltas por volt (Tpv) = 1 / (4,44 * 10-4 * frequência CA * * Densidade de fluxo) = 1 / (4,44 * 10-4 * 2,822 * 50 * 1) = 15,963 voltas por volt
• Prim. Curvas (N1) = Tpv * Vp = 15,963 * 18 = 287,337 curvas
• Sec.Turns (N2) = Tpv * Vs * 1,03 = 15,963 * 60 * 1,03 = 295,957 voltas
• Largura da língua (TW) = Sqrt * (GCA) = sqrt * (3,132) = 1,770 cm

Estamos escolhendo a densidade de corrente como 200A / cm², mas a densidade de corrente na tabela de fios é dada para 200A / cm², então

• Valor de pesquisa de corrente primária = Ip / (densidade de corrente / 200) = 0,333 / (200/200) = 0,333A
• Valor de pesquisa de corrente secundária = Is / (densidade de corrente / 200) = 0,3 / (200/200) = 0,3A

Para esses valores de correntes primárias e secundárias, escolhemos o SWG e as voltas por quadrado correspondentes. cm da mesa de arame.

SWG1 = 26 SWG2 = 27

Vire por Sq. cm do primário = 415 voltas voltas por quadrado. cm do secundário = 504 voltas

• Área primária (pa) = n1 / voltas por centímetro quadrado (primária) = 287,337 / 415 = 0,692 cm²
• Área secundária (sa) = n2 / voltas por cm² (secundária) = 295,957 / 504 = 0,587 cm²
• Área total (at) = pa + sa = 0,692 + 0,587 = 1.280 cm²
• Área da janela (Wa) = área total * 1,3 = 1,280 * 1,3 = 1,663 cm²

Para o valor calculado acima da largura da lingueta, escolhemos o número do núcleo e a área da janela da tabela do núcleo garantindo que a área da janela escolhida seja maior ou igual à área bruta do núcleo. Se esta condição não for satisfeita, optamos por uma largura de lingueta maior garantindo a mesma condição com uma diminuição correspondente na altura da pilha de modo a manter a área bruta do núcleo aproximadamente constante.

Assim, obtemos a largura da lingueta disponível (Twavail) e a área da janela ((disponível) (aWa)) da tabela central

• Então, largura da língua disponível (atw) = 1,905 cm
• Área disponível da janela (awa) = 18.969 cm²
• Número do núcleo = 23
• Altura da pilha = gca / atw = 3,132 / 1,905 = 1,905 cm

Daí o transformador de controle é projetado.