Bir transformatör, frekansta bir değişiklik olmaksızın elektrik gücünü bir devreden diğerine aktarır. Birincil ve ikincil sargı içerir. Birincil sargı, ana beslemeye bağlanır ve gerekli devreye ikincildir. Bizim proje devresi Projede ihtiyacımıza göre düşük güçlü (10 KVA) monofaze 50 hertz güç trafosu tasarımını aldık.

Transformatör temelde üç tiptedir:

Çekirdek türü
Kabuk Tipi
Toroidal

Çekirdekte, tip sargılar çekirdeğin bir bölümünü çevrelerken, kabuk tipi çekirdek sargıları çevreler. Çekirdek tipinde E-I tipi ve U-T tipi olmak üzere iki ana tip bulunmaktadır. Bunda trafo tasarımı E-I çekirdek tipi kullandık. Sarma toroidal ile karşılaştırıldığında çok daha kolay olduğu için E-I çekirdeğini seçtik, ancak verimlilik çok yüksek (% 95 -% 96). Öyle çünkü toroidal çekirdeklerde akı kaybı nispeten daha azdır.

Projede kullanılan transformatörler

Seri trafo: Gerekli boost veya buck voltajını sağlamak ve
Kontrol trafosu: Çıkış voltajını algılamak ve güç kaynağı için.

Tasarım Formülleri:

Burada, verilen özellikler için giriş ve çıkış sargıları SWG'yi ve trafonun çekirdeğini seçmek için emaye bakır tel masasındaki sargı verilerinin referansını ve transformatör damgalama tablosunun boyutlarını alıyoruz.

Bir transformatör için aşağıdaki özelliklerin verildiği varsayılarak tasarım prosedürü takip edilir: -

İkincil voltaj (Vs)
İkincil akım (Is)
Oranı döndürür (n2 / n1)

Verilen bu detaylardan Dil genişliğini, yığın yüksekliğini, çekirdek tipini, pencere alanını şu şekilde hesaplıyoruz: -

İkincil Volt-Amper (SVA) = ikincil voltaj (Vs) * ikincil akım (Is)
Birincil Volt-Amp (PVA) = İkincil Volt-Amp (SVA) / 0.9 (transformatörün veriminin% 90 olduğu varsayılır)
Birincil gerilim (Vp) = İkincil gerilim (Vs) / dönüş oranı (n2 / n1)
Birincil akım (Ip) = Birincil Volt-Amper (PVA) / Birincil voltaj (Vp)
Çekirdeğin gerekli kesit alanı şu şekilde verilir: - Çekirdek alanı (CA) = 1.15 * sqrt (Birincil Volt-amper (PVA))
Brüt çekirdek alan (GCA) = Çekirdek alan (CA) * 1.1
Sargıdaki dönüş sayısı şu şekilde verilen orana göre belirlenir: - Volt başına dönüş (Tpv) = 1 / (4,44 * 10-4 * çekirdek alan * frekans * akı yoğunluğu)

Emaye bakır tel üzerinde sargı verileri

(@ 200A / cm²)

Maks. Alan sayısı Akım Kapasitesi (Amp.)	Döner / Sq. santimetre	SWG	Maks. Alan sayısı Akım Kapasitesi (Amp.)	Döner / Sq. santimetre	SWG
0.001	81248	elli	0.1874	711	29
0.0015	62134	49	0.2219	609	28
0.0026	39706	48	0.2726	504	27
0.0041	27546	47	0.3284	415	26
0.0059	20223	46	0.4054	341	25
0.0079	14392	Dört beş	0,4906	286	24
0,0104	11457	44	0,5838	242	2. 3
0,0131	9337	43	0,7945	176	22
0.0162	7755	42	1.0377	137	yirmi bir
0.0197	6543	41	1.313	106	yirmi
0,0233	5595	40	1.622	87.4	19
0,0274	4838	39	2.335	60.8	18
0.0365 “motor kontrolörleri nasıl çalışır ”	3507	38	3.178	45.4	17
0,0469	2800	37	4.151	35.2	16
0.0586	2286	36	5,254 “gerinim ölçer nasıl çalışır ”	26.8	on beş
0,0715	1902	35	6.487	21.5	14
0,0858	1608	3. 4	8.579	16.1	13
0.1013	1308	33	10.961	12.8	12
0.1182	1137	32	13.638	10.4	on bir
0.1364	997	31	16.6	8.7	10
0.1588	881	30

Transformatör damgalarının boyutu (Ana tablo):

Numara giriniz	Dil Genişliği (cm)	Pencere Alanı (Sq. Cm)	Numara giriniz	Dil Genişliği (cm)	Pencere Alanı (Sq. Cm)
17	1.27	1.213	9	2.223	7865
12A	1.588	1.897	9A	2.223	7865
74	1.748	2.284	11A	1.905	9.072
2. 3	1.905	2.723	4A	3.335	10.284
30	iki	3	iki	1.905	10.891
	1.588	3.329	16	3.81	10.891
31	2.223	3.703	3	3.81	12.704
10	1.588	4.439	4AX	2.383	13.039
on beş	2.54	4.839	13	3.175	14.117
33	2.8	5.88	75	2.54	15.324
1	1.667	6.555	4	2.54	15.865
14	2.54	6.555	7	5.08	18.969
on bir	1.905	7.259	6 “3 faz ve tek faz arasındaki fark ”	3.81	19.356
3. 4	1.588	7.529	35A	3.81	39.316
3	3.175	7.562	8	5.08	49.803

Şebeke beslemesinde çalışma için frekans 50HZ iken akı yoğunluğu 1Wb / sq cm olarak alınabilir. Kullanılacak tipe bağlı olarak sıradan Çelik damgalama için ve CRGO damgaları için 1.3Wb / sq cm.

Bu nedenle

Birincil dönüşler (n1) = Volt başına dönüş (Tpv) * Birincil voltaj (V1)
Sekonder dönüşler (n2) = Volt başına dönüş (Tpv) * sekonder voltaj (V2) * 1.03 (Transformatör sargılarında% 3 düşüş olduğunu varsayın)
Laminasyon dilinin genişliği yaklaşık olarak şu şekilde verilir: -

Dil genişliği (Tw) = Sqrt * (GCA)

Mevcut yoğunluk

Birim kesit alanı başına bir telin mevcut taşıma kapasitesidir. Amp / cm² birimleriyle ifade edilir. Yukarıda belirtilen kablo tablası, 200A / cm² akım yoğunluğunda sürekli derecelendirme içindir. Sürekli olmayan veya aralıklı çalışma modu için, birim maliyetten tasarruf etmek için 400A / cm²'ye kadar daha yüksek bir yoğunluk, yani normal yoğunluğun iki katı seçilebilir. Kesintili operasyonel durumlar için sıcaklık artışı, sürekli operasyonel durumlar için daha az olduğu için seçilmiştir.

Bu nedenle, seçilen akım yoğunluklarına bağlı olarak, şimdi SWG'yi seçmek için tel tablosunda aranacak birincil ve ikincil akımların değerlerini hesaplıyoruz: -

n1a = Birincil akım (Ip) hesaplandı / (akım yoğunluğu / 200)

n2a = İkincil akım (Is) hesaplandı / (akım yoğunluğu / 200)

Bu birincil ve ikincil akım değerleri için, tel tablodan karşılık gelen SWG ve Metrekare başına dönüşü seçiyoruz. Sonra şu şekilde hesaplamaya devam ediyoruz: -

Birincil alan (pa) = Birincil dönüşler (n1) / (Metrekare başına birincil dönüşler)
İkincil alan (sa) = İkincil dönüşler (n2) / (Metrekare başına ikincil dönüşler)
Çekirdek için gerekli toplam pencere alanı şu şekilde verilir: -

Toplam alan (TA) = Birincil alan (pa) + İkincil alan (sa)

Kalıp ve yalıtım için gereken ekstra alan, gerçek sargı alanının gerektirdiğinin% 30'u kadar ekstra alan olarak alınabilir. Bu değer yaklaşıktır ve gerçek sarım yöntemine bağlı olarak değiştirilmesi gerekebilir.

Pencere alanı (Wacal) = Toplam alan (TA) * 1.3

Yukarıda hesaplanan dil genişliği değeri için, seçilen pencere alanının Brüt çekirdek alanından daha büyük veya ona eşit olmasını sağlayarak çekirdek tablodan çekirdek sayısını ve pencere alanını seçiyoruz. Bu koşul karşılanmazsa, yaklaşık olarak sabit brüt çekirdek alanını korumak için istif yüksekliğinde karşılık gelen bir azalma ile aynı koşulu sağlayan daha yüksek bir dil genişliğine gidiyoruz.

Böylece çekirdek tablodan mevcut dil genişliğini (Twavail) ve pencere alanını ((boş) (aWa)) elde ederiz.

Yığın Yüksekliği = Brüt çekirdek alanı / Dil genişliği ((mevcut) (atw)).

Ticari olarak temin edilebilen önceki boyut amaçları için, yığın yüksekliğinin dil genişliğine oranını aşağıdaki en yakın 1,25, 1,5, 1,75 rakamlarına yaklaştırıyoruz. En kötü durumda, oranı 2'ye eşit alırız. Bununla birlikte, 2'ye kadar olan herhangi bir oran alınabilir, bu da kendi eski haline gelmeyi gerektirir.

Oran 2'den büyükse, yukarıdaki gibi tüm koşulları sağlayan daha yüksek bir dil genişliği (aTw) seçeriz.

Yığın yüksekliği (ht) / dil genişliği (aTw) = (bir oran)
Değiştirilmiş yığın yüksekliği = Dil genişliği (aTw) * Standart oranın en yakın değeri
Değiştirilmiş Brüt çekirdek alanı = Dil genişliği (aTw) * Değiştirilmiş yığın yüksekliği.

Aynı tasarım prosedürü kontrol trafosu için de geçerlidir; burada yığın yüksekliğinin Dil genişliğine eşit olmasını sağlamamız gerekir.

Böylece, verilen özellikler için çekirdek sayısını ve yığın yüksekliğini buluyoruz.

Bir örnek kullanarak bir transformatör tasarlamak:

Verilen detaylar aşağıdaki gibidir: -
Sec. gerilim (Vs) = 60V

Sec akımı (Is) = 4.44A

Oran başına dönüş (n2 / n1) = 0.5

Şimdi şu hesaplamaları yapmalıyız: -

Sec.Volt-Amps (SVA) = Vs * Is = 60 * 4.44 = 266.4VA
Prim.Volt-Amps (PVA) = SVA / 0.9 = 296.00VA
Prim.Gerilim (Vp) = V2 / (n2 / n1) = 60 / 0.5 = 120V
Prim. Akım (Ip) = PVA / Vp = 296,0 / 120 = 2,467A
Çekirdek Alan (CA) = 1.15 * sqrt (PVA) = 1.15 * sqrt (296) = 19.785 cm²
Brüt çekirdek alan (GCA) = CA * 1.1 = 19.785 * 1.1 = 21.76 cm²
Volt başına dönüş (Tpv) = 1 / (4.44 * 10-4 * CA * frekans * Akı yoğunluğu) = 1 / (4.44 * 10-4 * 19.785 * 50 * 1) = volt başına 2.272 dönüş
Prim.Turns (N1) = Tpv * Vp = 2.276 * 120 = 272.73 dönüş
Sec.Turns (N2) = Tpv * Vs * 1.03 = 2.276 * 60 * 1.03 = 140.46 dönüş
Dil genişliği (TW) = Sqrt * (GCA) = 4,690 cm
Akım yoğunluğunu 300A / cm² olarak seçiyoruz ancak tel tablodaki akım yoğunluğu 200A / cm² için veriliyorsa
Birincil akım arama değeri = Ip / (akım yoğunluğu / 200) = 2.467 / (300/200) = 1.644A
İkincil akım arama değeri = Is / (akım yoğunluğu / 200) = 4.44 / (300/200) = 2.96A

Bu birincil ve ikincil akım değerleri için, tel tablodan karşılık gelen SWG ve Metrekare başına dönüşü seçiyoruz.

SWG1 = 19 SWG2 = 18

Birincil birimin m2'si başına dönüş = 87,4 cm² ikincilin cm2'si başına dönüş = 60,8 cm²

Birincil alan (pa) = n1 / cm kare başına dönüş (birincil) = 272,73 / 87,4 = 3,120 cm²
İkincil alan (sa) = n2 / cm2 başına dönüş (ikincil) = 140,46 / 60,8 = 2,310 cm²
Toplam alan (at) = pa + sa = 3.120 + 2.310 = 5.430 cm²
Pencere alanı (Wa) = toplam alan * 1.3 = 5.430 * 1.3 = 7.059 cm²

Böylece çekirdek tablodan mevcut dil genişliğini (Twavail) ve pencere alanını ((boş) (aWa)) elde ederiz:

Yani mevcut dil genişliği (atw) = 3.81cm
Mevcut pencere alanı (awa) = 10.891 cm²
Çekirdek sayısı = 16
Yığın Yüksekliği = gca / atw = 21.99 / 3.810 = 5.774cm

Performans nedenleriyle, yığın yüksekliğinin dil genişliğine (aTw) oranını aşağıdaki en yakın 1,25, 1,5 ve 1,75 rakamlarına yaklaştırıyoruz. En kötü durumda, oranı 2'ye eşit alırız.

Oran 2'den büyükse, yukarıdaki gibi tüm koşulları sağlayan daha yüksek bir dil genişliği seçeriz.

Yığın yüksekliği (ht) / dil genişliği (aTw) = 5.774 / 3.81 = 1.516
Değiştirilmiş yığın yüksekliği = Dil genişliği (aTw) * Standart oranın en yakın değeri = 3.810 * 1.516 = 5.715cm
Değiştirilmiş Brüt çekirdek alanı = Dil genişliği (aTw) * Değiştirilmiş yığın yüksekliği = 3.810 * 5.715 = 21.774 cm²

Böylece, verilen özellikler için çekirdek sayısını ve yığın yüksekliğini buluyoruz.

Örnek ile küçük bir kontrol transformatörünün tasarımı:

Verilen detaylar aşağıdaki gibidir: -

Sec. gerilim (Vs) = 18V
Sec akımı (Is) = 0.3A
Oran başına dönüş (n2 / n1) = 1

Şimdi şu hesaplamaları yapmalıyız: -

Sec.Volt-Amps (SVA) = Vs * Is = 18 * 0.3 = 5.4VA
Prim.Volt-Amps (PVA) = SVA / 0.9 = 5.4 / 0.9 = 6VA
Prim. Gerilim (Vp) = V2 / (n2 / n1) = 18/1 = 18V
Prim. akım (Ip) = PVA / Vp = 6/18 = 0.333A
Çekirdek Alan (CA) = 1.15 * sqrt (PVA) = 1.15 * sqrt (6) = 2.822 cm²
Çapraz çekirdek alanı (GCA) = CA * 1,1 = 2,822 * 1,1 = 3,132 cm²
Volt başına dönüş (Tpv) = 1 / (4.44 * 10-4 * CA * frekans * Akı yoğunluğu) = 1 / (4.44 * 10-4 * 2.822 * 50 * 1) = volt başına 15.963 dönüş
Prim. Dönüşler (N1) = Tpv * Vp = 15.963 * 18 = 287.337 dönüş
Sec.Turns (N2) = Tpv * Vs * 1.03 = 15.963 * 60 * 1.03 = 295.957 dönüş
Dil genişliği (TW) = Sqrt * (GCA) = sqrt * (3.132) = 1.770 cm

Akım yoğunluğunu 200A / cm² olarak seçiyoruz ancak tel tablodaki akım yoğunluğu 200A / cm² için veriliyorsa

Birincil akım arama değeri = Ip / (akım yoğunluğu / 200) = 0.333 / (200/200) = 0.333A
İkincil akım arama değeri = Is / (akım yoğunluğu / 200) = 0.3 / (200/200) = 0.3A

Bu birincil ve ikincil akım değerleri için karşılık gelen SWG ve Sq başına Dönüşleri seçiyoruz. tel masadan cm.

SWG1 = 26 SWG2 = 27

Sq başına çevirin. cm birincil = 415 dönüş Sq başına dönüş. cm ikincil = 504 dönüş

Birincil alan (pa) = n1 / cm2 başına dönüş (birincil) = 287.337 / 415 = 0.692 cm²
İkincil alan (sa) = n2 / cm2 başına dönüş (ikincil) = 295.957 / 504 = 0.587 cm²
Toplam alan (at) = pa + sa = 0.692 + 0.587 = 1.280 cm²
Pencere alanı (Wa) = toplam alan * 1.3 = 1.280 * 1.3 = 1.663 cm²

Böylece çekirdek tablodan mevcut dil genişliğini (Twavail) ve pencere alanını ((boş) (aWa)) elde ederiz.