Трансформатор расчет: Расчёт трансформатора питания | Калькуляторы

Содержание

Расчет трансформатора — правила, формулы и пример

Каждый электроприбор характерен номинальной электрической мощностью. Она обеспечивается источником питания. Он может располагаться либо внутри электроприбора, либо снаружи как внешнее устройство. Наглядный пример — ноутбук, телефон и многие другие приборы. В них содержится батарея, от которой питается устройство в автономном режиме. Но ее ресурс ограничен, и когда он исчерпывается, прибор подключается через адаптер к электросети 220 В.

Некоторые батареи обеспечивают напряжение всего лишь в 3–5 вольт. Поэтому адаптер служит для того, чтобы напряжение уменьшилось и стало равным батарейным параметрам. Основную функцию в изменении величины напряжения выполняют трансформаторы. Эта статья будет полезна тем читателям, у которых появится желание своими руками изготовить источник питания с трансформатором для тех или иных целей.

Немного теории

Напомним вкратце о том, как трансформатор устроен и что в нем происходит. Довольно давно, если судить по меркам человеческой жизни, было открыто явление электромагнитной индукции. Оно основано на принципиальном отличии электрических свойств прямого проводника от витка, если по ним пропускать один и тот же переменный ток. Так появился параметр индуктивности. С каждым новым витком индуктивность увеличивается. Дополнительное ее увеличение достигается заполнением внутреннего пространства витков материалом с магнитными свойствами (сердечником).

Однако влияние сердечника на силу тока ограничено. Как только он полностью намагничивается, эффект от его использования исчезает.

  • Граничное состояние сердечника, соответствующее полному его намагничиванию, называется насыщением.

Витки, расположенные поверх сердечника, называются обмоткой. Если на нем расположены две одинаковые обмотки, но переменное напряжение подается только на одну из них (первичную), на выводах другой обмотки (вторичной) будет напряжение по частоте и величине такое же, как и на первой обмотке. В этом проявляется трансформация электроэнергии, а само устройство называется трансформатором. Если между обмотками существует электрический контакт, устройство называется автотрансформатором.   

  • Основа свойств трансформатора — это его сердечник (магнитопровод). Поэтому расчет трансформатора всегда выполняется в связи с материалом и формой магнитопровода.

Выбор материала определяют вихревые токи и потери, связанные с ними. Они увеличиваются с частотой напряжения на выводах первичной обмотки. На низких частотах (50–100 Гц) применяются пластины из трансформаторной стали. На более высоких частотах (единицы килогерц) — пластины из специального сплава, например, пермаллоя. Десятки и сотни килогерц — это область применения ферритовых сердечников. Виды (форма и размеры, особенно сечение по витку) магнитопровода определяют величину мощности, которую можно получить во вторичной обмотке.

ВИды магнитопроводов у трансформаторов Броневые, тороидальный и стержневой трансформаторы

Выбор магнитопровода

Геометрические пропорции промышленно выпускаемых сердечников стандартны. Поэтому их выбирают по размерам сечения внутри витка. Еще один параметр, который влияет на выбор магнитопровода — это индуктивность рассеяния. Она меньше у броневых и тороидальных конструкций. Что-либо вычислять не стоит — в многочисленных справочниках приводятся таблицы, а в интернете на тематических сайтах их аналоги.

Например, необходимо присоединить к сети нагрузку мощностью 100 Вт 12 В. По базовой таблице, показанной далее, выбирается типоразмер магнитопровода. Но учитываем то, что мощность ВТ меньше, чем ВА плюс неполная нагрузка для надежности. Поэтому используем коэффициент 1,43. Искомая мощность и типоразмер получатся как произведение, т.е. 143 ВА. По таблице выбираем ближайшее большее значение габаритной мощности и магнитопровод:

Расчетные данные ряда трансформаторов броневого типа

Пример расчета

Выбираем 150 ВА и ШЛ25х32. В таблице также приведено рекомендованное число витков на 1 вольт — W0: 3,9. Следовательно, число витков W1 первичной обмотки будет равно произведению напряжения сети на W0:

W1=220*3,9=858.

Раз число витков на 1 вольт известно, легко рассчитать и вторичную обмотку. В рассматриваемом случае три витка мало, а четыре много. Чтобы не ошибиться, наматываем три витка и оставляем запас провода для добавления после испытания трансформатора под нагрузкой. Для провода сетевой обмотки диаметр рассчитываем, используя силу тока. Ее определяем на основе мощности в первичной обмотке и сетевого напряжения. В сетевой обмотке расчетная сила тока составит:

150/220=0,7 А

Во вторичной обмотке сила тока составит:

100/12=8,3 А

Затем по таблице выбираем диаметр провода при плотности тока 2,5 А/мм кв:

Таблица

Для первичной обмотки диаметр провода получается 0,59 мм, для вторичной — 2,0 мм. После этого надо выяснить, помещаются ли обмотки в окна магнитопровода. Это несложно определить на основе числа витков и диаметров проводов с учетом толщины каркасов катушек и слоев дополнительной изоляции. Рекомендуется сделать эскиз для наглядного расчета.

Если вторичных обмоток несколько, должны быть известны мощности для каждой из них. Они суммируются для получения параметров первичной обмотки. Затем расчет выполняется аналогично рассмотренному выше примеру. Но определение токов делается по мощности каждой вторичной обмотки.

Расчетные данные в виде таблиц приведены в справочниках для всех типов сердечников, но при определенных частотах напряжений первичной обмотки:

Расчетные данные ряда трансформаторов стержневого типа

Для рассматриваемой нагрузки 100 Вт выбираем ПЛ20х40-50

Если требуемые параметры не совпадают с табличными значениями, придется использовать формулы:

Формула Формула

 

S0 – площадь окна в магнитопроводе,

Sc – сечение материала магнитопровода по витку,

Рг – габаритная мощность,

kф – коэффициент формы напряжения на первичной обмотке,

f – частота напряжения на первичной обмотке,

j – плотность тока в проводе обмотки,

Bm – индукция насыщения магнитопровода,

k0 – коэффициент заполнения окна магнитопровода,

kс – коэффициент заполнения стали.

Упрощенные формулы справедливы только для тех случаев, которые эти упрощения определяют. Поэтому они не могут охватить все возможные ситуации и не будут обеспечивать приемлемую точность в большинстве из них.

Похожие статьи:

Расчет основных электрических величин и главной изоляции обмоток трансформатора

Расчет трансформатора начинается с определения основных электрических величин: мощности на одну фазу и стержень; номинальных токов на стороне ВН и НН; фазных токов и напряжений.

¨ Мощность одной фазы трансформатора, кВ*А,

=  ,
где S – мощность трансформатора; m – число фаз.

¨ Мощность на одном стержне, кВ*А,

S` =  ,
где C– число активных (несущих обмотки) стержней.
Обычно для 3-фазных трансформаторов число фаз равно числу стержней.

¨ Номинальный (линейный) ток, А,

на стороне НН I1 = ;
на стороне ВН I2 = ,
где S – мощность трансформатора, кВ*А; U1и U2 – соответствующие значения напряжений обмоток, кВ.
Для однофазного трансформатора номинальный ток, А, определяется по формуле
I = .
При определении токов мощность подставляется в киловатт-амперах (кВ*А), а напряжение в киловольтах (кВ).

¨ Фазные токи, А, трехфазных трансформаторов

при соединении в звезду или зигзаг:
Iф = Iл;
при соединении обмотки в треугольник

Iф = ,
где IЛ – номинальный линейный ток трансформатора.
Схема соединения и группа обмоток обычно задается.


¨ Фазные напряжения, В, трансформатора

при соединении обмотки в звезду или зигзаг:
=,
при соединении обмотки в треугольник:
Uф = Uл,
где Uл – номинальное линейное напряжение соответствующих обмоток.

¨ Испытательное напряжение трансформатора

Необходимо для определения основных изоляционных промежутков, между обмотками и другими токоведущими деталями.
Это напряжение, при котором проводится испытание трансформатора, а именно электрическая прочность изоляции.
Испытательное напряжение для каждой обмотки трансформатора определяется по табл. 1 или 2 в зависимости от класса напряжения соответствующей обмотки.

Таблица 1

Испытательные напряжения промышленной частоты (50 Гц) для масляных силовых трансформаторов (ГОСТ 1516.1-76)
          


Класс
напряжения, кВ

3

6

10

15

20

35

110

150

220

330

500

Наибольшее
рабочее
напряжение, кВ

3,6

7,2

12,0

17,5

24

40,5

126

172

252

363

525

Испытательное
напряжение Uисп, кВ

18

25

35

45

55

85

200

230

325

460

630

Примечание. Обмотки масляных и сухих трансформаторов с рабочим напряжением до 1 кВ имеет Uисп = 5 кВ.

Таблица  2

Испытательные напряжения промышленной частоты (50 Гц) для сухих силовых трансформаторов (ГОСТ 1516.1-76)

Класс напряжения, кВ

До 1,0

3

6

10

15

Испытательное напряжение, кВ

3

10

16

24

37

Таким образом, испытательные напряжения обмоток являются критерием определения всех изоляционных промежутков в силовом трансформаторе.
Ниже приводятся основные таблицы, по которым определяются изоляционные промежутки главной изоляции, геометрические размеры охлаждающих каналов (табл. 3, 4). В табл. 5 – нормальная витковая изоляция проводов различных марок.

Таблица 3

Главная изоляция. Минимальные изолированные
расстояния обмоток НН с учетом конструктивных требований
(для масляных трансформаторов)
   


Мощность трансформатора S, кВ*А

Uисп для
НН, кВ

НН от ярма
L01, кВ

НН от стержня, мм

d01

aц1

a01

Lц1

25–250

400–630*
1000–2500
630–1600
2500–6300
630 и выше
630 и выше
Все мощности

5

5*
5
18; 25 и 35
18; 25 и 35
45
55
85

15

 

Принимается равным найденному по испытательному напряжению обмотки ВН

Картон 2×0,5

То же

4
4
4
5
5
6


6
6
8
10
13
19

4

5
15
15
17,5
20
23
30


18
25
25
30
45
70

* Для винтовой обмотки с испытательным напряжением Uисп = 5кВ размеры взять из следующей строки для мощностей 1000–2500 кВ*А.

Таблица  4

Главная изоляция. Минимальные изолированные расстояния
обмоток ВН (НН) с учетом конструктивных требований

Мощность трансформатора S, кВ*А

Uисп для ВН (НН), кВ

ВН от ярма, мм

Между ВН (СН) и НН, мм

Выступ цилиндра Lц2, мм

Между ВН (СН) и НН, мм

L02

a12

d12

a22

d22

25–100
160–630
1000–6300
630 и выше
630 и выше
160–630
1000–6300
10000 и выше

18; 25 и 35
18; 25 и 35
18; 25 и 35
45
55
85 (прим. 1)
85 (прим. 1)
85

20
30
50
50
50
75
75
80




2
2
2
2
3

9
9
20
20
20
27
27
30

2,5
3
4
4
5
5
5
6

10
15
20
20
30
50
50
50

8
10
18
18
20
20
30
30




2
3
3
3
3

Примечания: 1. Для цилиндрических обмоток минимальное изоляционное расстояние a12 = 27 мм, электростатический экран с изоляцией – 3 мм. 2. При наличии прессующих колец расстояние от верхнего ярма  L”o  принимать увеличенным против данных табл. 4. для трансформаторов 1000–6300 кВ*А на 45 мм; для двухобмоточных трансформаторов 10000–63000 кВ*А на 60 мм и для трехобмоточных трансформаторов этих мощностей на 100 мм. Расстояние от нижнего ярма L’o  и в этих случаях принимать по табл. 4.


Таблица  5
Выбор нормальной витковой изоляции

Испытательное напряжение обмотки, кВ

Марка
провода

Толщина изоляции на две стороны, мм

Название

5–24

ПСД, АПСД,               ПСДК и АПСДК

Круглый провод 0,29–0,38
(0,30 и 0,40), прямоугольный
провод 0,27–0,48 (0,30 и 0,50)

Для сухих пожаробезопасных трансформаторов

5–85

ПЭЛБО, ПБ                          и АПБ

 

Круглый провод 0,17–0,21 (0,27–0,31) 0,30 (0,40)

Для масляных и сухих  трансформаторов

ПБ и АПБ

Прямоугольный провод 0,45(0,50)

200

ПБ и АПБ

 

1,20(1,35)

Для масляных   трансформаторов

325

ПБ

 

1,35(1,50)

Для обычных обмоток

325

ПБУ

 

2,00(2,20)

Для переплетенных обмоток

Примечание. В скобках указаны расчетные размеры с учетом допусков.

Межвитковая изоляция цилиндрических многослойных обмоток и многослойных катушечных обмотках приведены соответственно в табл. 6. и 7.

 

Таблица 6
Нормальная междуслойная изоляция
в многослойных цилиндрических обмотках

Суммарное рабочее напряжение двух слоев обмотки, В

Число слоев кабельной бумаги на толщину листов, мм

Выступ междуслойной изоляции на торцах обмотки (на одну сторону), мм

До 1000
От 1001 до 2000
От 2001 до 3000
От 3001 до 3500
От 3501 до 4000
От 4001 до 4500
От 4501 до 5000
От 5001 до 5500

2 × 0,12
3 × 0,12
4 × 0,12
5 × 0,12
6 × 0,12
7 × 0,12
8 × 0,12
9 × 0,12

10
16
16
16
22
22
22
22

 
Примечание. Данные таблицы приведены для трансформаторов мощностью до 630 кВ*А включительно.
При мощности от 1000 кВ*А  и выше междуслойную изоляцию следует принимать по таблице, но не менее 4×0,12 мм, выступ изоляции – не менее 20 мм.
Таблица 7
Нормальная междуслойная изоляция
в многослойных цилиндрических катушках обмотки

Рабочее напряжение двух слоев обмотки, В

Толщина
изоляции, мм

Материал изоляции

До 150
От 151 до 200
От 201 до 300

2×0,05
1×0,2
2×0,2 или 1×0,5

Телефонная бумага
Кабельная бумага или электроизоляционный картон

Геометрические размеры каналов в обмотках для различных отводов от регулировочных витков  приведены в табл. 8.

Таблица  8
Минимальные размеры канала  hкр в месте расположения
регулировочных  витков обмотки ВН

Класс напряжения ВН, кВ

Схема
регулирования

Изоляция в месте разрыва

Размер
канала, мм

Способ изоляции

По
рис. 1

6

10

 

35

 

110

а
б
а
б
а
б
в и г
а
а
а
г

Масляный канал

То же
» »
» »
Угловые и простые шайбы
То же

Масляный канал

То же
Угловые и простые шайбы
То же

Масляный канал с барьером из шайб

а

а
а
а
б
в
а
а
б
в
г

8
12
10
18
6
18
12
25
20
25
30
(в том числе шайба 5 мм)

Примечания: 1. В многослойной цилиндрической обмотке с регулированием в
последнем слое разрыв не выполняется. 2. Минимальный выступ шайбы за габарит обмотки а = 6 мм.  Ширина обмотки шайбы b = 6–8 мм. 4. Толщина угловой шайбы 0,5–1 мм.

 

Конструкция изоляции в листе разрыва обмотки ВН показана на рис. 1.
Главная изоляция обмоток сухих силовых трансформаторов должна выбираться в соответствии с табл. 9. и 10.

 


Рис. 1. Конструкция изоляции в месте разрыва обмотки ВН

Таблица 9

 Изоляция обмоток ВН сухих трансформаторов, мм

Uисп для ВН, кВ

ВН от ярма L01

Между ВН и НН

Между ВН и ВН

a01

d12

Lц2

a22

d22

3
10
16
24

15
20
45
80

10
15
22
40

Картон 2×0,5 мм

10
10
25
45


2
3
3

2,5
4
5

10
25
40

Примечание. Размер каналов a01 и a12 является минимальными с точки зрения изоляции обмоток. Эти размеры должны быть также проверены по условиям отвода тепла по табл. 13.

Таблица 10

Изоляция обмоток НН сухих трансформаторов, мм

Uисп для НН, кВ

НН от ярма L01

НН от стержня

 

a01

d01

Lц1

3
10
16
24

15
30
55
90

10
14
27
40

Картон 2×0,5

2,5
5
6

15
30
40

Примечания. 1. См. примечание к табл. 9. 2. Для винтовой обмотки при Uисп для НН 3 Кв ставить цилиндр d01 = 2,5–5 мм и принимать a01 не менее 20 мм.

Для иллюстрации основных изоляционных промежутков представлены рис. 2, 3, и 4.

Рис. 2. Главная изоляция обмотки ВН для испытательных напряжений от 5 до 85 кВ. Штриховыми линиями показаны возможные пути разряда, определяющие размеры lц

Причем главная изоляция для трансформаторов с обмоткой ВН на 110 кВ (испытательное напряжение 200 кВ) выбирается по рис. 3.
Главная изоляция сухих трансформаторов поясняется рис. 4.
Для определения минимальных допустимых изоляционных промежутков между отводами от обмоток к проходящим изоляторам соответственно от заземленных частей трансформаторов и обмотками представлены в табл. 11 и 12.
Для пояснения величин, приведенных в табл. 11, 12, представлен рис. 5.
Для цилиндрических обмоток из круглого или прямоугольного провода очень часто требуется выбирать продольные (осевые) охлаждающие каналы. Размеры таких каналов выбираются согласно табл. 13. и 14 соответственно для масляных и сухих  трансформаторов.

 


Рис. 3. Главная изоляция обмотки класса напряжения 110 кВ с вводом на верхнем конце обмотки (испытательное напряжение 200 кВ)


Рис. 4. Главная изоляция обмоток сухих трансформаторов

Таблица 11

Минимальные допустимые изоляционные расстояния
от отводов до заземленных частей

Испытательное напряжение отвода, кВ

Толщина изоляции
на одну сторону, мм

Диаметр стержня, мм

Расстояние от гладкой стенки бака или собственной обмотки, мм

Расстояние от заземленной части острой формы, мм

s

s

До 25

0
0
2

<6
>6

15
12
10

10
10
10

25
22
20

15
12
10

5
5
5

20
17
15

35

0
0
2

<6
>6

23
18
10

10
10
10

33
28
20

20
17
12

5
5
5

25
22
17

45

0
0
2

<6
>6

32
27
15

10
10
10

42
37
25

28
25
18

5
5
5

33
30
23

55

0
0
2

<6
>6

40
35
22

10
10
10

50
45
32

33
32
25

5
5
5

38
37
30

85

2
4
6



40
30
25

10
10
10

50
40
32

45
37
35

5
5
5

50
42
40

100

5

40

10

50

45

10

55

200

20
20

12
12

75
75

20
20

95
95

160
105

10
10

170*
115**

*  Заземленная часть не изолирована.
** Заземленная часть изолирована щитом из электроизоляцонного картона толщиной 3 мм.
Таблица 12

Минимальные допустимые изоляционные расстояния
от отводов до обмотки

 

Испытательное
напряжение, кВ

Толщина  изо-ляции на одну сторону, мм

Изоляционное расстояние отвода sи, мм

Суммарный
допуск sк, мм

Минимальное расчетное расстояние s, мм

до вход-
ных
катушек

до основных катушек

до входных катушек

до основных катушек

обмотки

отвода

До 25

35

55

85

200

 

200

До 25

До 35

До 35

До 35

До 100

 

200

Нет
2
Нет
2
Нет
2
Нет
2
3
6
8
20









205
150
125
80

15
10
23
10
40
20
80
40
230
170
140
90

10
10
10
10
10
10
10
10
20
20
20
15









225
170
145
95

25
20
33
20
50
30
90
50
250
190
160
105

Рис. 5. Отвод между обмоткой и стенкой бака

 

Таблица 13

Минимальная ширина охлаждающих каналов в обмотках, см.
Масляные трансформаторы

Вертикальные каналы

Горизонтальные
каналы

Длина
канала, см

Обмотка-обмотка

Обмотка-цилиндр

Обмотка-стержень

Длина канала, см

Обмотка-обмотка

До 30

0,4–0,5

0,4

0,4–0,5

до 4,0

0,4

30–50

0,5–0,6

0,5

0,5–0,6

4–6,0

0,5

50–100

0,6–0,8

0,5–0,6

0,6–0,8

6–7,0

0,6

100–150

0,8–1,0

0,6–0,8

0,8–1,0

7–8,0

0,7

Таблица 14

 

Сухие трансформаторы, вертикальные каналы. Выбор ширины
канала по допустимому превышению температуры и плотности
теплового потока на поверхности обмотки q, Вт/м2

Класс
изоляции

Допустимое превышение температуры, С°

Плотность теплового потока, Вт/м2,
при ширине канала

0,7 см

1,0 см

1,5 см

А

60

160

300

380

Е-В

75–80

230

450

550

F

100

300

600

720

H

125

380

800

950

Горизонтальные охлаждающие каналы для сухих трансформаторов в зависимости от класса изоляции и плотности теплового потока принимаются по табл. 15.
Горизонтальные охлаждающие каналы в масляных трансформаторах  в пределах от 4 до 15 мм.


Таблица 15

Сухие трансформаторы, горизонтальные каналы. Выбор ширины
канала по допустимому превышению температуры и плотности
теплового потока на поверхности обмотки q, Вт/м2

Класс
изоляции

Допустимое
превышение температуры, С°

Плотность теплового потока, Вт/м2,
при ширине канала

0,8 см

1,2 см

1,6 см

А

60

280

380

450

Е–В

75–80

320

420

540

F

100

420

540

720

H

125

580

720

1000

Расчет трансформатора тока | Все своими руками

Бывают такие ситуации когда нужно контролировать большие токи в цепях переменного напряжения, например как контролировать ток в цепи сварочного аппарата, где ток достигает 150-250А. Для такого контроля отлично подходит трансформатор тока. Этот трансформатор нечем не отличается от обычного трансформатора, по сути это и есть обычный трансформатор с известным отношением витков первичной и вторичной обмотки.

На схеме представлен пример трансформатора тока с током в первичной обмотке 6А, на выходе этого трансформатора напряжение 6В

Принцип работы такого трансформатора прост и рассчитывается все довольно просто
1. Берется за основу абсолютно любой каркас трансформатора. Для простоты возьму колечко любого размера и намотаю на него 100 витков, это количество витков может быть абсолютно любое, но для простоты расчета пусть будет 100. Эта обмотка вторичка, с которой будет сниматься измеряемое напряжение. Первичная обмотка должна быть один виток, а точнее кабель пропущенный через кольцо. Отсюда известно, что отношение тока между первичной и вторичкой 1:100.

2. Теперь через первичную обмотку в один виток пропущу ток в 6А, зная отношение в витках можно узнать ток в вторичной обмотке трансформатора 6А/100=0,06А. Когда ток вторички известен вспомню закон Ома R=V/I, исходя из него узнаю на сколько Ом нужно нагрузить вторичку, чтобы при токе в 0,06А напряжение на выходе было 6В. R=V/I, R=6(В)/0,06(А)=100 (Ом), то есть если вторичку нагрузить на 100 Ом, напряжение на вторичке будет 6В при токе в первичке 6А
При максимальном токе на резисторе R2 будет рассеиваться некоторая мощность, поэтому нужно еще рассчитать рассеиваемую мощность на резисторе P=U*I,  P=6(В)*0,06(А)=0,36(Вт) минимальный резистор рассеиваемой мощностью о,5Вт

Вот таким простым способом можно измерять любые токи, главное правильно рассчитать трансформатор и балластный резистор.
Как смог рассказал о принципе работы, добавить тут нечего. Если вам интересны и полезны мои статьи, подписывайтесь на обновления в Контакте и Одноклассниках, что бы всегда быть в курсе новых тем.
С ув. Эдуард

 

Похожие материалы: Загрузка…

РАСЧЕТ ПАРАМЕТРОВ МОДЕЛИ ТРЕХФАЗНОГО ТРАНСФОРМАТОРА ИЗ БИБЛИОТЕКИ MATLAB-SIMULINK С УЧЕТОМ НАСЫЩЕНИЯ МАГНИТОПРОВОДА | Новаш

1. Ануфриев, И. Е. Самоучитель MatLab 5.3/6.х / И. Е. Ануфриев.– СПб. : БХВ-Петербург, 2003. – 736 с.

2. Дьяконов, В. Simulink 4. Специальный справочник / В. Дьяконов. – СПб. : Питер, 2002. – 528 с.

3. Sim Power Systems. User’s Guide version 3. — The MathWorks, Inc, 2003.  620 p.

4. Вольдек, А. И. Электрические машины : учеб. для студентов вузов / А. И. Вольдек. — 3-е изд., перераб. – Л. : Энергия, 1978. – 832 с.

5. Герман-Галкин, С. Г. Matlab Simulink. Проектирование мехатронных систем на ПК / С. Г. Герман-Галкин. – СПб. : КОРОНА-Век, 2008. – 368 с.

6. Справочник по проектированию электроэнергетических систем / под ред. С. С. Рокотяна, И. М. Шапиро. – М. : Энергоатомиздат, 1985.

7. Китаев, В. Е. Электрические машины : учеб. пособие для техникумов / В. Е. Китаев, Ю. М. Корхов, В. К. Свирин ; под ред. В. Е. Китаева. – М. : Высш. школа, 1978. — Ч. 1. Машины постоянного тока. Трансформаторы. – 178 c.

8. Dommel, H. W. Electromagnetic Transients Program Reference Manual (EMTP Theory Book) / H. W. Dommel. – Portland : Bonneville Power Admin, 1986.

9. EMTDC: Transient Analysis for PSCAD Power System Simulation. User’s Guide V4.3.1. — Manitoba HVDC Research Centre, 2010. — 233 p.

10. Martínez Duró, M. Damping Modelling in Transformer Energization Studies for System Restoration: Some Standard Models Compared to Field Measurements // IEEE Bucharest Power Tech Conference, 2009. – Р. 1–8.

11. Juan, A. Martinez-Velasco. Power System Transients: Parameter Determination. — CRC Press, 2009. – 644 p.

12. Neves, W. L. A. Saturation Curves of Delta-Connected Transformers from Measurements / W. L. A. N e v e s, H. W. Dommel // IEEE Transactions on Power Delivery. – 1995. – Vol. 10, No 3. – P. 1432–1437.

13. Rioual, M. Energization of a No-Load Transformer for Power Restoration Purposes: Modeling and Validation by on Site Tests / M. Rioual, C. Sicre // IEEE Power Engineering Society Winter Meeting. – 2000. – Vol. 3. – Р. 2239–2244.

14. Kahrobaee, S., Algrain, M. C., Asgarpoor, S. Investigation and Mitigation of Transformer Inrush Current during Black Start of an Independent Power Producer Plant, Energy and Power Engineering, 2013, 5, pp. 1-7.

15. Assessing and Limiting Impact of Transformer Inrush Current on Power Quality / l. M. Nagpa [et al] // IEEE Transactions on Power Delivery. – 2006. – Vol. 21, Is. 2, Р. 890–896.

16. Руководящие указания по релейной защите. Вып. 12. Токовая защита нулевой последовательности от замыканий на землю. – М. : Энергия, 1980. – 86 с.

17. Электрические цепи с ферромагнитными сердечниками в релейной защите / А. Д. Дроздов [и др.].  М. : Энергоатомиздат, 1986. – 255 c.

Расчет сварочного трансформатора

При выборе сварочного агрегата расчет сварочного трансформатора не требуется. Достаточно определиться с диаметром электродов планируемых для


сварки стальных деталей. В технических характеристиках любого сварочного трансформатора указано, для каких диаметров электродов он предназначен. С необходимостью выполнения полного расчета элементов трансформатора сталкиваются умельцы, желающие собрать сварочник собственными руками.

Приведем расчет сварочного трансформатора для дуговой сварки.

Исходными параметрами для расчета являются: входное напряжение 220в, частота 50Гц, максимальный ток сварки 100А.
  • Напряжение дуги (максимальное) в соответствии с током сварки: Uдм = 20 + (0,04 х Iм) = 20 + (0,04 х 200) = 28в.
  • Напряжение выходное без нагрузки (холостого хода) должно быть выше значения напряжения работы дуги до 2,5 раз: Uхх = (2…2,5) Uдм = 56 – 70в.
  • Расчет, как правило, ведется по максимальному значению напряжения холостого хода, что улучшает параметры зажигания сварочной дуги и устойчивость горения. По нормам техники электробезопасности максимальное значение напряжения холостого хода составляет 80в.
  • Мощность (габаритная) рассчитываемого трансформатора составит: Рг = Im x Uхх = 70 x 100 = 7000 ВА.
  • При максимальной индукции магнитопровода Bm = 1,40, произведение площади сечения железного магнитопровода на площадь воздушного просвета (окна) составит: So Sc = Рг / [1,11 × Вm × J × F × Ко × Кс]
  • J – плотность тока, для меди 8А/мм2, для алюминиевого материала 5, для комбинированной системы 6,5 А/мм2;
  • F = 50, частота;
  • Ко = 0,35-0,4, степень заполнения окна;
  • Кс = коэфиц. заполнения стали.
  • Принимаем для первичной обмотки медную, а для вторичной алюминиевую проволоку. So Sc = 7000 / [1.11 х 1.4 х 6.5 х 0.35 х 0.95] = ~ 2100 см4.
  • Для двух стержневых устройств трансформатора соотношения рекомендованы: c / a = 1,6; b / a = 2 и h /a = 4. Отсюда So х Sc = а4 х 12,8.
  • Тогда размер сердечника «а» в см: а = 4√ So х Sc / 12,8 = 4√ 2100/12,8 = 3,58 см, округляем до 4 см.
  • c = 1,6а = 1,6 х4 = 6,4см;
  • h = 4а = 4 х 4 = 16см.
  • b = 2а = 2 х 4 = 8см;
  • ЭДС (электродвижущая сила) одного витка: Eв = [4,44 × 10] – [4 × Вm × F × Sc × Кc] = [4,44 × 10] – [4 × 1,42 × 50 × 32 × 0,95] = 0,958в.
  • Сумма витков для вторичной обмотки: W2 = Uхх / Eв = 70 / 0,958 = 67.
  • Сумма витков для первичной обмотки: W1 = U1 / Eв = 220 / 0,958 = 230.
  • Площадь сечения провода из алюминия на вторичной обмотке: S2 = [ Iм / Jal ] = 100 / 5 = 20 мм2.
  • Возможный ток в первичной обмотке: I1м = Iм × W2 / W1 = 100 × 67 / 230 = 29А.
  • Площадь сечения провода из меди первичной обмотки: S1 = Iм / Jal= 29 / 8 = 3,63 мм2.
Таким образом, рассчитаны все элементы сварочного трансформатора. Очень часто расчет производится исходя из наличия готового магнитопровода. Тогда изменяется последовательность расчетов, но формулы и зависимости не меняются.
Самое интересное

Инверторный дизельный генератор

Для чего используется дизельные генераторы, …


Трехфазные дизельные генераторы

Наиболее мощные дизельные генераторы всегда …



Расчет трансформаторов на заказ — Расчет трансформаторов на заказ

Главная / Трансформаторы / Расчет трансформаторов на заказНеобходимость расчета трансформаторов по индивидуальным параметрам, как правило, возникает при разработке новой или модернизации существующей аппаратуры с отличающимися электротехническими и конструктивными требованиями к комплектующим, а так же при замене зарубежных или устаревших, отсутствующих в производстве изделий.

Условия согласованного включения в аппаратуре, значения величины передаваемой мощности, диапазон рабочих частот, электрическая прочность изоляции отдельных элементов, нагревостойкость по условиям эксплуатации при одновременной минимизации потерь, массы и габаритов требует в каждом отдельном случае, «под задачу», оптимизации конструктивных и технологических решений. Сюда относятся:

  • конструкция, материал и типоразмер магнитопровода с соответствующими рабочей частоте магнитной проницаемостью, магнитной индукции насыщения, удельными потерями, точкой Кюри;
  • конструктивное исполнение катушек с учетом частоты и величины токов, требуемых значений индуктивности, добротности;
  • вид и материал электрической изоляции;
  • конструкция выводов.

Возможность уменьшения размеров магнитопровода с увеличением рабочей частоты ограничено допустимыми минимальными размерами «окна» для размещения обмоток и требованиями к электрической прочности изоляции, т.е. к надежности изделия.

Частотнозависимый поверхностный эффект приводит к применению литцендрата, что снижает коэффициент заполнения «окна» магнитопровода, а при больших токах увеличивает количество отдельных проводов и,  соответственно, вероятность возникновения уравнительных токов и нагрева.

Значительный разброс параметров материала магнитопровода (для ферритов производитель указывает +30% и -20% по начальной магнитной проницаемости) с одной стороны и требуемая высокая точность по значениям индуктивности с другой стороны при наличии плотной укладки проводов в «окне» магнитопровода требует зачастую подгонку величины зазора магнитопровода при заданном числе витков. Поскольку эта величина зазора не совпадает с рядом значений, установленных производителем, требуется последующая подрезка керна сердечника.

Образцы разработанных трансформаторов

   

 

На кольцевых магнитопроводах плотная укладка проводов и изоляции с высоким коэффициентом заполнения «окна» ограничена в силу различий в  укладке по внешнему и внутреннему диаметрам, ограничений размером челнока оборудования, типом и диаметром провода обмотки. В силу этих ограничений намотка на таких сердечниках при определенных условиях может быть произведена только вручную.

Фиксированное значение напряжения на нагрузке трансформатора соответствует определенной рабочей точке нагрузочной характеристики, а в остальных случаях может существенно отличаться из – за изменения падения напряжения на внутреннем сопротивлении трансформатора малой мощности.

Для высоких значений тока первичной цепи кольцевых трансформаторов тока при их относительно малых габаритах величина напряженности магнитного поля в магнитопроводе как правило соответствует участку насыщения магнитной индукции в электрической стали. Линеаризация выходной характеристики и требуемая чувствительность трансформатора тока достигаются зазором в магнитопроводе определенной величины и соответствующим напряжением э.д.с. индукции в цепи нагрузки.

Комплексный характер воздействия и сложная взаимосвязь многих факторов не позволяют рассчитать все значимые  параметры намоточных изделий. Так, например, собственная емкость обмоток и индуктивность рассеивания определяются путем измерений.

Поскольку окончательный вывод о соответствии иногда может быть сделан после проверки изделия в составе аппаратуры, предприятие идет   навстречу заказчикам в части изготовления опытных образцов.

Форма заявки на расчет трансформатора:

Заказать расчет трансформатора по индивидуальным параметрам и его изготовление Вы можете по телефону: +7 812 600-15-26

Расчеты короткого замыкания с учетом импеданса трансформатора и источника — Обучение дуговому разряду и электропитанию

Расчеты короткого замыкания – импеданс трансформатора и источника

Расчет бесконечного короткого замыкания шины может использоваться для определения максимального тока короткого замыкания на вторичной стороне трансформатора, используя только данные с паспортной таблички трансформатора. Это хороший (и простой) метод определения МАКСИМАЛЬНОГО тока короткого замыкания через трансформатор в наихудшем случае, поскольку он игнорирует полное сопротивление источника/сети.Игнорирование импеданса источника означает, что предполагается, что оно равно нулю, а напряжение, деленное на ноль, равно бесконечности, отсюда и часто используемый термин «бесконечная шина» или «бесконечный источник».

В my Infinite Bus Article на сайте brainfiller.com метод бесконечной шины проиллюстрирован для расчета максимального тока короткого замыкания в наихудшем случае на вторичной обмотке 480 В трансформатора мощностью 1500 кВА. Использование «бесконечной шины» или «наихудшего случая» показало доступный ток короткого замыкания 31 374 ампер.

Однако что, если вы оцениваете адекватность панели на вторичной обмотке с номинальным током короткого замыкания 30 000 ампер? При подходе с бесконечной шиной это будет означать, что панель имеет неадекватную мощность прерывания. Но так ли это на самом деле? Это может быть дорогостоящим выводом, основанным на предполагаемых (бесконечных первичных) данных.

Еще одна проблема, связанная с использованием подхода с бесконечной шиной, связана с тем, следует ли использовать расчеты короткого замыкания для исследования вспышки дуги. Это то, что я обсуждаю в своем учебном курсе по дуговому разряду об использовании IEEE 1584 для выполнения расчетов дугового разряда.

При исследованиях вспышки дуги более высокий ток короткого замыкания может привести к наихудшему падению энергии, но это не всегда так. Возможно, что меньший ток короткого замыкания может привести к увеличению времени срабатывания защитного устройства, что приведет к увеличению продолжительности вспышки дуги и увеличению общей падающей энергии.

Чтобы обеспечить более точные расчеты короткого замыкания, необходимо включить импеданс источника. Давайте посмотрим, как учесть влияние фактического тока короткого замыкания источника и эквивалентного импеданса источника.Для учета импеданса источника можно использовать ту же формулу, которая использовалась для решения с бесконечной шиной, но необходимо добавить еще несколько шагов.

Формула бесконечной шины основана на импедансе трансформатора, как показано ниже. Он игнорирует импеданс источника:

SCA , вторичный =  x (FLA , вторичный x 100) / (%Z , трансформатор )

Полное сопротивление источника и трансформатора

Фактический ток короткого замыкания на клеммах вторичной обмотки трансформатора зависит не только от импеданса трансформатора, но и от силы источника на первичной обмотке трансформатора.Трансформатор, подключенный к сильному источнику, например, близкому к крупной коммунальной подстанции, будет иметь больший вторичный ток короткого замыкания, чем если бы тот же трансформатор был подключен к слабому источнику, например к длинной распределительной линии в сельской местности.

Чтобы учесть силу/слабость импеданса источника, нам нужно всего лишь добавить одну дополнительную переменную, % Z source  , к предыдущему уравнению.

Новое уравнение будет таким:

SCA вторичный =   (FLA вторичный x 100) / (%Z преобразователь + %Z источник )

При добавлении источника %Z к преобразователю %Z включается мощность источника.Более сильный источник будет иметь меньшее значение для %Z source  , а более слабый источник будет иметь большее значение.

Процедура расчета аналогична расчету бесконечной шины, но теперь мы должны добавить дополнительный шаг расчета импеданса источника:

Шаг 1 – Для расчета эквивалентного импеданса источника:

%Z источник = (кВА трансформатор / кВА короткое замыкание ) x 100

где:

кВА короткое замыкание   = кВ L-L x Sqrt (3) x SCA первичный

Это кажется достаточно простым, но где взять первичный SCA ? Отличный вопрос! Если трансформатор будет подключен к инженерной системе, источником этой информации обычно является коммунальная компания.Лучше всего начать с определения того, кто является представителем коммунального счета, и спросить, могут ли они либо предоставить вам информацию, либо направить вас к кому-то, у кого может быть информация.

Если трансформатор не подключен напрямую к сети, а находится ниже по потоку в системе распределения электроэнергии, вам необходимо получить расчеты короткого замыкания для входной части системы. Это означает, что кому-то (возможно, вам) придется выполнять расчеты короткого замыкания от коммунального предприятия до системы распределения электроэнергии.

Если вы не можете определить какую-либо из этих данных, и вас беспокоит наихудший случай короткого замыкания с самой большой амплитудой, вы всегда можете по умолчанию использовать более простой и, как правило, более консервативный расчет бесконечной шины.

Будьте осторожны! Расчеты с бесконечной шиной хороши для оценки максимального тока короткого замыкания через трансформатор в наихудшем случае (за исключением вклада двигателя и допусков импеданса для трансформаторов, которые еще не поставлены/испытаны).2/МВА трансформатор

КВ L-L2 в числителе и знаменателе компенсируют друг друга, и у вас остается:

%Z источник = [ (1 / МВА короткое замыкание ) / (1 / МВА трансформатор ) ]  x 100

, который становится:

%Z источник = ( МВА трансформатор / МВА короткое замыкание ) x 100

или в нашем случае мы используем Kilo вместо Mega, поэтому наши числа масштабируются на 1000:

 %Z источник = ( кВА трансформатор / кВА короткое замыкание ) x 100

  Шаг 2 – Рассчитайте номинальный вторичный ток полной нагрузки трансформатора:

FLA вторичная =  кВА 3 фазы   / ( кВ L-L x кв. (3))

Шаг 3 – Рассчитайте ток короткого замыкания на вторичной шине трансформатора, но на этот раз мы используем импеданс трансформатора И импеданс источника.

 SCA вторичный = (FLA вторичный x 100) / (% Z трансформатор + %Z источник )

Вот пример расчета :

Допустим, у нас есть трансформатор мощностью 1500 кВА с вторичным напряжением 480Y/277В, первичным напряжением 13,2 кВ L-L и импедансом 5,75%. Предположим, коммунальное предприятие сообщает нам, что их максимальный ток короткого замыкания на первичной обмотке трансформатора составляет 6740 ампер при 13.2 кв.

Шаг 1 – Расчет импеданса источника:

 кВА короткое замыкание   = 6740 ампер x 13,2 кВ L-L x sqrt(3)

кВА короткое замыкание   = 154 097 кВА

(некоторые коммунальные предприятия могут называть это 154 МВА)

% Z источник =  ( 1500 кВА / 154 097 кВА ) x 100

% Z источник = 0,97%

  Шаг 2 . Как и в прошлом месяце, рассчитайте номинальный вторичный ток полной нагрузки трансформатора.

 FLA вторичный = 1500 кВА / (0,48 кВ L-L x кв. (3))

 FLA вторичный = 1804 Ампер

  Шаг 3 – Рассчитайте ток короткого замыкания на вторичной шине трансформатора.

SCA вторичный = 1804 Ампер x 100 / (5,75% + 0,97%)

SCAвторичный = 26 845 ампер

Если этот расчет проигнорировал источник и предположил, что он бесконечен, ток короткого замыкания на вторичной обмотке был бы

SCA вторичный = 31 374 ампер

Вы можете видеть, что учет импеданса источника (силы источника) оказывает значительное влияние на величину тока короткого замыкания на вторичных клеммах трансформатора.

Все перечисленные выше переменные:

FLA вторичный            = вторичный ток полной нагрузки

кВ L-L2                      = вторичное напряжение в кВ

кВА 3 фазы               = трансформатор трехфазный кВА самоохлаждение

Sqrt (3)                 = квадратный корень из трех (1,73)

% Z трансформатор          = импеданс трансформатора в процентах

% Z источник                = импеданс источника в процентах относительно базы трансформатора

кВА короткое замыкание         = мощность короткого замыкания

SCA вторичная            = 3-фазный ток короткого замыкания на вторичной шине

SCA первичный               = 3-фазный ток короткого замыкания на первичной шине

Еще несколько слов предостережения! Импеданс трансформатора должен соответствовать фактической паспортной табличке, а не предполагаемому значению.Полные сопротивления трансформаторов, которые еще не были построены или испытаны, могут отличаться на +/- 7,5% от указанного полного сопротивления. Приведенный выше расчет не включает вклад двигателя, который также необходимо учитывать.

Добавление импедансов источника и трансформатора, как мы только что сделали, хорошо для точной аппроксимации, но это не идеально. Импедансы должны быть добавлены с использованием векторного сложения, что означает разделение каждого импеданса на его соответствующие значения X и R и объединение отдельных членов для определения истинной величины общего импеданса.Соотношение X/R обсуждается в статье X/R .

Отлично! Заполнение мозгов вот-вот начнется!

ПЛАТА ЗА ПУБЛИКАЦИЯ — Журнал с низкой оплатой за обработку в EEE/ECE/E&I/ECE/ETE

IJAREEIE – это инициатива по предоставлению международной платформы для качественных исследовательских работ. Чтобы управлять различными расходами, связанными с ведением журнала, для всех принятых статей взимается плата за обработку или обработку рукописи. Авторы могут зачислить платеж на соответствующие номера счетов, указанные в письме о приеме, а способ оплаты может быть либо через онлайн-банкинг (НЕФТЬ), либо через прямой депозит в отделении.


ПУБЛИКАЦИЯ ЗА КАЖДЫЙ ПРИНЯТЫЙ ДОКУМЕНТ

Из-за проблем с COVID-19 плата за обработку изменена следующим образом:

 

Название

Индийские авторы

Иностранные авторы

Тип публикации/Сборы

рупий.700
[если только интернет-публикация + электронный сертификат на каждого автора]

или

900 рупий
[если онлайн-публикация + электронные сертификаты + печатная копия сертификатов]

или

1300 рупий
[Если обе копии онлайн с сертификатами]

50USD
[только при онлайн-публикации+ электронные сертификаты]

или

100 долларов США
[Включает онлайн, печатную копию и печатную копию сертификатов]

Дополнительная печатная копия

рупий.500 за копию

40 долларов США за копию

Электронная копия сертификатов публикации

Бесплатно

Бесплатно

Если более 8 страниц:

100 рупий за каждую дополнительную страницу

5 долларов США за каждую дополнительную страницу

Авторы из других стран (кроме Индии) могут оплатить сбор за публикацию рукописи, используя опцию Paypal.Пожалуйста, нажмите кнопку ниже, чтобы оплатить сбор.

Расчет размера автоматического выключателя/предохранителя для трансформатора (в соответствии с NEC)

  • Расчет размера автоматического выключателя или предохранителя на первичной и вторичной сторонах трансформатора с учетом следующей детали
  • Детали трансформатора (P) = 1000 кВА
  • Первичное напряжение (Впик) = 11000 Вольт
  • Вторичное напряжение (Vs) = 430 Вольт
  • Полное сопротивление трансформатора = 5 %
  • Соединение трансформатора = треугольник/звезда
  • Трансформатор находится в неконтролируемом состоянии.

Расчеты:
  • Первичный ток трансформатора (Ip) = P/1,732xVp
  • Первичный ток трансформатора (Ip)=1000000/1,732×11000= 49 А
  • Вторичный ток трансформатора (Is) = P/1,732xVs
  • Вторичный ток трансформатора (Is)=1000000/1,732×430= 71 А
  • Согласно NEC 450.3, максимальный номинал автоматического выключателя или предохранителя зависит от % его тока в соответствии с его первичным напряжением, % импеданса и контролируемым/неконтролируемым состоянием.

Максимальная токовая защита для неконтролируемого трансформатора Более 600 В (в соответствии с NEC)

%Imp Первичный вторичный
>600В >600В <600В
КБ Предохранитель КБ Предохранитель CB/Предохранитель
До 6% 600% 300% 300% 250% 125%
Более 6% 400% 300% 250% 225% 125%

 

Максимальная токовая защита контролируемого трансформатора более 600 вольт (согласно NEC)

%Imp Первичный вторичный
>600В >600В <600В
С.Б Предохранитель КБ Предохранитель CB/Предохранитель
До 6% 600% 300% 300% 250% 250%
Более 6% 400% 300% 250% 225% 250%

 

Максимальная токовая защита трансформаторов с первичным напряжением менее 600 В (в соответствии с NEC)

Защита Основная защита Вторичная защита
Метод Более 9А от 2А до 9А Менее 2 А Более 9А Менее 9А
Только первичная защита 125% 167% 300% Не требуется Не требуется
Первичная и вторичная защита 250% 250% 250% 125% 167%

 

Размер предохранителя / обратная зависимость времени C.B согласно NEC (Ампер)

1 25 60 125 250 600 2000
3 30 70 150 300 700 2500
6 35 80 160 350 800 3000
10 40 90 175 400 1000 4000
15 45 100 200 450 1200 5000
20 50 110 225 500 1600 6000

Для основной стороны:

  • Первичный ток трансформатора (Ip) =52.49А и импеданс 5%
  • Согласно приведенной выше таблице в неконтролируемом состоянии Мощность автоматического выключателя = 600 % первичного тока
  • Размер автоматического выключателя = 52,49 x 600% = 315 А
  • Если трансформатор находится в контролируемом состоянии, выберите автоматический выключатель, близкий к этому размеру, но если трансформатор находится в неконтролируемом состоянии, выберите автоматический выключатель следующего большего размера.
  • Номинал автоматического выключателя = 350 А (Следующий больший размер 300 А)
  • Размер предохранителя = 52.49 x 300% = 157 ампер
  • Номинал предохранителя = 160 А (Следующий больший размер 150 А)

Для вторичной стороны:

  • Вторичный ток трансформатора (Is) = 1342,70 А, полное сопротивление 5 %
  • Согласно приведенной выше таблице в неконтролируемом состоянии Мощность автоматического выключателя = 125 % от вторичного тока
  • Размер автоматического выключателя = 1342,70 x 125% = 1678 ампер
  • Если трансформатор находится в контролируемом состоянии, выберите автоматический выключатель, близкий к этому размеру, но если трансформатор находится в неконтролируемом состоянии, выберите автоматический выключатель следующего большего размера.
  • Номинал автоматического выключателя = 2000 А (Следующий больший размер 1600 А)
  • Размер предохранителя = 1342,70 x 125% = 1678 ампер
  • Номинал предохранителя = 2000 А (Следующий больший размер 1600 А)

  Результаты:
  • Размер автоматического выключателя на первичной стороне = 350 А
  • Размер предохранителя на первичной стороне = 160 А
  • Размер автоматического выключателя на вторичной стороне = 2000 ампер
  • Размер предохранителя на вторичной стороне = 2000 ампер

Нравится:

Нравится Загрузка…

Родственные

О Jignesh.Parmar (BE, Mtech, MIE, FIE, CEng)
Jignesh Parmar закончил M.Tech (управление энергосистемой), BE (электрика). Он является членом Института инженеров (MIE) и CEng, Индия. Членский номер: M-1473586. Он имеет более чем 16-летний опыт работы в области передачи-распределения-обнаружения хищения электроэнергии-электротехнического обслуживания-электропроектов (планирование-проектирование-технический анализ-координация-исполнение).В настоящее время он работает в одной из ведущих бизнес-групп в качестве заместителя менеджера в Ахмедабаде, Индия. Он опубликовал ряд технических статей в журналах «Electrical Mirror», «Electrical India», «Lighting India», «Smart Energy», «Industrial Electrix» (Australian Power Publications). Он является внештатным программистом Advance Excel и разрабатывает полезные электрические программы на основе Excel в соответствии с кодами IS, NEC, IEC, IEEE. Он технический блоггер и знаком с английским, хинди, гуджарати и французским языками.Он хочет поделиться своим опытом и знаниями и помочь техническим энтузиастам найти подходящие решения и обновить себя по различным инженерным темам.

Расчеты короткого замыкания с использованием импеданса трансформатора и источника

Расчет бесконечного короткого замыкания шины может использоваться для определения максимального тока короткого замыкания на вторичной стороне трансформатора, используя только данные с паспортной таблички трансформатора. Это хороший (и простой) метод определения максимального тока короткого замыкания через трансформатор в наихудшем случае, поскольку он игнорирует полное сопротивление источника/сети.Игнорирование импеданса источника означает, что предполагается, что оно равно нулю, а напряжение, деленное на ноль, равно бесконечности, отсюда и часто используемый термин «бесконечная шина» или «бесконечный источник».

В моей статье Infinite Bus на сайте brainfiller.com метод бесконечной шины проиллюстрирован для расчета максимального тока короткого замыкания в наихудшем случае на вторичной обмотке 480 В трансформатора мощностью 1500 кВА с импедансом 5,75%. Использование «бесконечной шины» или «наихудшего случая» показало доступный ток короткого замыкания 31 374 ампер.

Однако что, если вы оцениваете адекватность панели на вторичной обмотке с номинальным током короткого замыкания 30 000 ампер? При подходе с бесконечной шиной это будет означать, что панель имеет неадекватную мощность прерывания. Но так ли это на самом деле? Это может быть дорогостоящим выводом, основанным на предполагаемых (бесконечных первичных) данных.

Еще одна проблема, связанная с использованием подхода с бесконечной шиной, связана с тем, следует ли использовать расчеты короткого замыкания для исследования вспышки дуги. Это то, что я обсуждаю на своем учебном курсе по дуговому разряду, посвященному использованию IEEE 1584 для выполнения расчетов дугового разряда.

При исследованиях вспышки дуги более высокий ток короткого замыкания может привести к наихудшему падению энергии, но это не всегда так. Возможно, что меньший ток короткого замыкания может привести к увеличению времени срабатывания защитного устройства, что приведет к увеличению продолжительности вспышки дуги и увеличению общей падающей энергии.

Чтобы обеспечить более точные расчеты короткого замыкания, необходимо включить импеданс источника. Давайте посмотрим, как учесть влияние фактического тока короткого замыкания источника и эквивалентного импеданса источника.Для учета импеданса источника можно использовать ту же формулу, которая использовалась для решения с бесконечной шиной, но необходимо добавить еще несколько шагов.

Формула бесконечной шины основана на импедансе трансформатора, как показано ниже. Он игнорирует импеданс источника:

SCA вторичный = (FLA вторичный x 100) / (%Z трансформатор )

Импеданс источника и трансформатора
Фактический ток короткого замыкания на клеммах вторичной обмотки трансформатора зависит не только от импеданса трансформатора, но и от силы источника на первичной обмотке трансформатора.Трансформатор, подключенный к сильному источнику, например, близкому к крупной коммунальной подстанции, будет иметь больший вторичный ток короткого замыкания, чем если бы тот же трансформатор был подключен к слабому источнику, например к длинной распределительной линии в сельской местности.

Чтобы учесть силу/слабость импеданса источника, нам нужно всего лишь добавить одну дополнительную переменную, % Z источник к предыдущему уравнению.

Новое уравнение будет таким:

SCA вторичный = (FLA вторичный x 100) / (%Z трансформатор + %Z источник )

При добавлении источника %Z к преобразователю %Z мощность источника включается.Более сильный источник будет иметь меньшее значение для %Z source , а более слабый источник будет иметь большее значение.

Процедура расчета аналогична расчету бесконечной шины, но теперь мы должны добавить дополнительный шаг расчета импеданса источника.

Шаг 1 — Расчет эквивалентного импеданса источника:

%Z источник = (кВА трансформатор ) / (кВА короткое замыкание ) x 100

где:

кВА короткое замыкание = кВ первичная x кв.(3) x SCA первичная

Это кажется достаточно простым, но где взять первичный SCA ? Отличный вопрос! Если трансформатор будет подключен к инженерной системе, источником этой информации обычно является коммунальная компания.Лучше всего начать с определения того, кто является представителем коммунального счета, и спросить, могут ли они либо предоставить вам информацию, либо направить вас к кому-то, у кого может быть информация.

Если трансформатор не подключен напрямую к сети, а находится ниже по течению в системе распределения электроэнергии, вам необходимо получить расчеты короткого замыкания для входной части системы. Это означает, что кому-то (возможно, вам) придется выполнять расчеты короткого замыкания от коммунального предприятия до системы распределения электроэнергии.

Если вы не можете определить какую-либо из этих данных и вас беспокоят самые тяжелые короткие замыкания, вы всегда можете по умолчанию использовать более простой и, как правило, более консервативный расчет бесконечной шины.

Будьте осторожны! Расчеты с бесконечной шиной хороши для оценки максимального тока короткого замыкания через трансформатор в наихудшем случае (за исключением вклада двигателя и допусков импеданса для трансформаторов, которые еще не поставлены/испытаны). Однако, если вас интересуют минимальные токи короткого замыкания для анализа, например вспышки дуги, мерцания напряжения или гармонического резонанса, расчет бесконечной шины не подходит.

Вывод шага 1
Формула для расчета импеданса источника может показаться немного странной при первом знакомстве с ней. Разделение двух разных кВА волшебным образом становится импедансом. Однако этот метод берет свое начало в системе на единицы. Источник %Z фактически представляет собой истинное полное сопротивление первичного источника в омах, деленное на полное сопротивление базы трансформатора в омах. Вот как работает вывод шага 1:

%Z , источник = (Z , источник, Ом / Z , база трансформатора ) x 100

%Z источник = (кВ2 вторичный / МВА короткое замыкание ) / (кВ2 вторичный / МВА трансформатор ) x 100

где:
Z источник Ом = кВ2 вторичный / МВА короткое замыкание

Z основание трансформатора = кВ2 вторичное / МВА трансформатор

КВ вторичка в числителе и знаменателе компенсируют друг друга и у вас остается:

%Z источник = [(1 / МВА короткое замыкание ) / (1 / МВА трансформатор )] x 100

, который становится:

%Z источник = (МВА трансформатор / МВА короткое замыкание ) x 100

или в нашем случае мы используем килограмм вместо мега, поэтому наши числа масштабируются на 1000:

%Z источник = (кВА трансформатор / кВА короткое замыкание ) x 100

Шаг 2 — Рассчитайте номинальный вторичный ток полной нагрузки трансформатора:

FLA вторичная = кВА 3-фазная / [кВ вторичная x кв. (3)]

Шаг 3 — Рассчитайте ток короткого замыкания на вторичной шине трансформатора, но на этот раз мы используем импеданс трансформатора И импеданс источника.

SCA вторичный = (FLA вторичный x 100) / (% Z трансформатор + %Z источник )

Вот пример расчета
Допустим, у нас есть трансформатор мощностью 1500 кВА с вторичным напряжением 480Y/277В, первичным напряжением 13,2 кВЛ-L и импедансом 5,75%. Предположим, коммунальное предприятие сообщает нам, что их максимальный ток короткого замыкания на первичной обмотке трансформатора составляет 6740 ампер при 13,2 кВ.

Шаг 1 — Расчет импеданса источника:

кВА короткое замыкание = 6740 ампер x 13,2 кВL-L x sqrt(3)

кВА короткое замыкание = 154 097 кВА

(некоторые коммунальные предприятия могут называть это 154 МВА)

% Z источник = (1500 кВА / 154 097 кВА) x 100

% Z источник = 0,97%

Шаг 2 — Как и в случае с бесконечной шиной, рассчитайте номинальный вторичный ток полной нагрузки трансформатора.

FLA вторичная = 1500 кВА / [0,48 кВЛ x кв.кв. (3)]

FLA вторичный = 1804 ампер

Шаг 3 — Рассчитайте ток короткого замыкания на вторичной шине трансформатора.

SCA вторичный = (1804 ампер x 100) / (5,75% + 0,97%)

SCA вторичный = 26 845 ампер

Если бы этот расчет проигнорировал источник и предположил, что он бесконечен, ток короткого замыкания на вторичной обмотке был бы:

SCA вторичный = 31 374 ампер

Вы можете видеть, что учет импеданса источника (силы источника) оказывает значительное влияние на величину тока короткого замыкания на вторичных клеммах трансформатора.

Все перечисленные выше переменные:
FLA вторичная = ток полной нагрузки вторичной обмотки
кВ первичная = напряжение первичной линии LL в кВ
кВ вторичная = напряжение вторичной линии LL в кВ
кВА 3 фазы = трансформатор трехфазный фаза кВА,
с самоохлаждением
Sqrt (3) = Квадратный корень из трех (1,73)
% Z трансформатор = Полное сопротивление трансформатора в процентах
% Z источник = Полное сопротивление источника в процентах
относительно базы трансформатора
кВА короткое замыкание = мощность короткого замыкания
SCA вторичная = ток трехфазного короткого замыкания на вторичной шине
SCA первичная = ток трехфазного короткого замыкания на первичной шине

Еще несколько слов предостережения! Импеданс трансформатора должен соответствовать фактической паспортной табличке, а не предполагаемому значению.Полные сопротивления трансформаторов, которые еще не были построены или испытаны, могут отличаться на +/- 7,5% от указанного полного сопротивления. Приведенный выше расчет не включает вклад двигателя, который также необходимо учитывать.

Добавление импедансов источника и трансформатора, как мы только что сделали, хорошо для точной аппроксимации, но это не идеально. Импедансы должны быть добавлены с использованием векторного сложения, что означает разделение каждого импеданса на его соответствующие значения X и R и объединение отдельных членов для определения истинной величины общего импеданса.Отношение X/R представляет собой количество реактивного сопротивления X, деленное на величину сопротивления R, которое также является тангенсом угла, создаваемого реактивным сопротивлением и сопротивлением в цепи.

 

Источник: Перепечатано с разрешения. Brainfiller.com. Расчеты короткого замыкания с учетом импеданса трансформатора и источника. https://brainfiller.com/2018/03/18/short-circuit-calculations-with-transformer-and-source-impedance/ и https://brainfiller.com/2005/08/22/short-circuit-calculations -метод бесконечной шины/

источник питания — Расчет тока в неизвестном трансформаторе с несколькими изолированными вторичными обмотками

Шаги для оценки параметров неизвестного сетевого трансформатора, где первичное напряжение (Vpri) уже известно, следующие.

1) Оцените приблизительную общую VA (VAtot) по его весу (согласно этой ссылке, которую вы указали).

2) Убедитесь, что трансформатор в порядке, измерив первичный ток, когда все вторичные обмотки не нагружены. Это ток намагничивания (Im), и он должен быть значительно ниже рабочего тока (Ipri_full_load), который вы оцениваете по соотношению VAtot/Vpri.

На большом тороиде это может быть несколько процентов, но на маленьком трансформаторе может быть заметная доля.2/R для каждой вторичной обмотки, чтобы распределить расчетную VAtot (а не измеренную Im*Vpri) на отдельные номинальные VA (VAsec) для каждой вторичной обмотки.

На этом шаге не сообщается ток, протекающий через вторичные цепи.

Этот шаг сообщает вам, для полностью нагруженного трансформатора со всеми используемыми вторичными цепями, какие токи нагрузки не должны превышать , чтобы избежать перегрузки какой-либо конкретной вторичной обмотки. Вы должны убедиться, что нагрузки не потребляют больше этого тока. Трансформатор будет пытаться подавать любой ток, который пытается потреблять нагрузка, при этом вторичном напряжении.

Основным ограничением трансформатора является тепловая нагрузка, а не плотность тока. Если вы собираетесь использовать только один вторичный ресурс, вы можете позволить нагрузке на этот вторичный ресурс немного увеличить расчетное значение VAsec. На сколько больше? Вам нужно будет измерить повышение температуры этой вторичной обмотки, измерив ее горячее сопротивление после достижения теплового равновесия при желаемом токе. Сопротивление медной обмотки увеличивается примерно на 10% при повышении температуры на каждые 25°С. Обычно я ограничиваю температуру в неизвестном трансформаторе до 70°C, вы можете чувствовать себя более или менее амбициозно.Расчет 2/R уже разделил ВА как 80/10/10 (обратите внимание на количество значащих цифр, которые я использую для оценок), поэтому вторичной обмотке 350 В выделяется 80 ВА, вторичной обмотке 35 В — 10 ВА и вторичной обмотке 6,3 В — 10 ВА. Ваши измеренные 70 мА для Im вполне разумны, что составляет 16% от VAtotal. Когда вы нагружаете свой трансформатор, держите токи ниже 80/350 = 230 мА на 350 В, 10/35 = 300 мА на 35 В и 10/6,3 = 1,6 А на обмотке нагревателя. Измеряйте температуру обмоток под нагрузкой, используя метод сопротивления, чтобы не волноваться.Если вам или нужно 5,4А для обогревателей, то этот трансформатор не для вас.

%PDF-1.5 % 1 0 объект > >> эндообъект 4 0 объект /CreationDate (D:20130618073714+03’00’) /ModDate (D:20130618073714+03’00’) /Режиссер >> эндообъект 2 0 объект > эндообъект 3 0 объект > эндообъект 5 0 объект > /Шрифт > /ProcSet [/PDF /Text /ImageB /ImageC /ImageI] >> /MediaBox [0 0 595,5 842,25] /Содержание [55 0 R 56 0 R 57 0 R] /Группа > /Вкладки /S /StructParents 0 /Анноты [58 0 R] >> эндообъект 6 0 объект > /ProcSet [/PDF /Text /ImageB /ImageC /ImageI] >> /MediaBox [0 0 595.5 842,25] /Содержание 64 0 Р /Группа > /Вкладки /S /StructParents 3 >> эндообъект 7 0 объект > /ProcSet [/PDF /Text /ImageB /ImageC /ImageI] >> /Annots [66 0 R 67 0 R 68 0 R 69 0 R 70 0 R 71 0 R 72 0 R 73 0 R 74 0 R 75 0 R 76 0 Р 77 0 Р 78 0 Р 79 0 Р 80 0 Р 81 0 Р 82 0 Р 83 0 Р 84 0 Р 85 0 Р 86 0 Р 87 0 Р 88 0 Р 89 0 Р] /MediaBox [0 0 595,5 842,25] /Содержание 90 0 р /Группа > /Вкладки /S /StructParents 16 >> эндообъект 8 0 объект > /ExtGState > /ProcSet [/PDF /Text /ImageB /ImageC /ImageI] >> /Annots [94 0 R 95 0 R 96 0 R 97 0 R 98 0 R 99 0 R 100 0 R 101 0 R 102 0 R 103 0 R 104 0 Р 105 0 Р 106 0 Р 107 0 Р] /MediaBox [0 0 595.5 842,25] /Содержание 108 0 Р /Группа > /Вкладки /S /StructParents 41 >> эндообъект 9 0 объект > /ExtGState > /ProcSet [/PDF /Text /ImageB /ImageC /ImageI] >> /Анноты [111 0 R 112 0 R 113 0 R 114 0 R] /MediaBox [0 0 595,5 842,25] /Содержание 115 0 Р /Группа > /Вкладки /S /StructParents 56 >> эндообъект 10 0 объект > /ExtGState > /ProcSet [/PDF /Text /ImageB /ImageC /ImageI] >> /MediaBox [0 0 595,5 842,25] /Содержание 116 0 Р /Группа > /Вкладки /S /StructParents 61 >> эндообъект 11 0 объект > /ExtGState > /ProcSet [/PDF /Text /ImageB /ImageC /ImageI] >> /MediaBox [0 0 595.5 842,25] /Содержание 117 0 Р /Группа > /Вкладки /S /StructParents 62 >> эндообъект 12 0 объект > /ExtGState > /ProcSet [/PDF /Text /ImageB /ImageC /ImageI] >> /MediaBox [0 0 595,5 842,25] /Содержание 119 0 Р /Группа > /Вкладки /S /StructParents 76 >> эндообъект 13 0 объект > /ExtGState > /ProcSet [/PDF /Text /ImageB /ImageC /ImageI] >> /Анноты [121 0 R] /MediaBox [0 0 595,5 842,25] /Содержание 122 0 Р /Группа > /Вкладки /S /StructParents 77 >> эндообъект 14 0 объект > /XОбъект > /ProcSet [/PDF /Text /ImageB /ImageC /ImageI] >> /MediaBox [0 0 595.5 842,25] /Содержание 124 0 Р /Группа > /Вкладки /S /StructParents 1 >> эндообъект 15 0 объект > /ExtGState > /ProcSet [/PDF /Text /ImageB /ImageC /ImageI] >> /MediaBox [0 0 595,5 842,25] /Содержание 125 0 Р /Группа > /Вкладки /S /StructParents 79 >> эндообъект 16 0 объект > /XОбъект > /ExtGState > /ProcSet [/PDF /Text /ImageB /ImageC /ImageI] >> /MediaBox [0 0 595,5 842,25] /Содержание 127 0 Р /Группа > /Вкладки /S /StructParents 2 >> эндообъект 17 0 объект > /ExtGState > /ProcSet [/PDF /Text /ImageB /ImageC /ImageI] >> /MediaBox [0 0 595.5 842,25] /Содержание 129 0 Р /Группа > /Вкладки /S /StructParents 80 >> эндообъект 18 0 объект > /ExtGState > /ProcSet [/PDF /Text /ImageB /ImageC /ImageI] >> /MediaBox [0 0 595,5 842,25] /Содержание 130 0 Р /Группа > /Вкладки /S /StructParents 81 >> эндообъект 19 0 объект > /XОбъект > /ProcSet [/PDF /Text /ImageB /ImageC /ImageI] >> /MediaBox [0 0 595,5 842,25] /Содержание 133 0 Р /Группа > /Вкладки /S /StructParents 4 >> эндообъект 20 0 объект > /ExtGState > /XОбъект > /ProcSet [/PDF /Text /ImageB /ImageC /ImageI] >> /MediaBox [0 0 595.5 842,25] /Содержание 135 0 Р /Группа > /Вкладки /S /StructParents 96 >> эндообъект 21 0 объект > /ExtGState > /XОбъект > /ProcSet [/PDF /Text /ImageB /ImageC /ImageI] >> /MediaBox [0 0 595,5 842,25] /Содержание 138 0 Р /Группа > /Вкладки /S /StructParents 5 >> эндообъект 22 0 объект > /XОбъект > /ExtGState > /ProcSet [/PDF /Text /ImageB /ImageC /ImageI] >> /MediaBox [0 0 595,5 842,25] /Содержание 140 0 Р /Группа > /Вкладки /S /StructParents 6 >> эндообъект 23 0 объект > /XОбъект > /ProcSet [/PDF /Text /ImageB /ImageC /ImageI] >> /MediaBox [0 0 595.5 842,25] /Содержание 143 0 Р /Группа > /Вкладки /S /StructParents 7 >> эндообъект 24 0 объект > /ExtGState > /ProcSet [/PDF /Text /ImageB /ImageC /ImageI] >> /MediaBox [0 0 595,5 842,25] /Содержание 144 0 Р /Группа > /Вкладки /S /StructParents 97 >> эндообъект 25 0 объект > /ProcSet [/PDF /Text /ImageB /ImageC /ImageI] >> /MediaBox [0 0 595,5 842,25] /Содержание 146 0 Р /Группа > /Вкладки /S /StructParents 98 >> эндообъект 26 0 объект > /ExtGState > /XОбъект > /ProcSet [/PDF /Text /ImageB /ImageC /ImageI] >> /MediaBox [0 0 595.5 842,25] /Содержание 150 0 р /Группа > /Вкладки /S /StructParents 8 >> эндообъект 27 0 объект > /ProcSet [/PDF /Text /ImageB /ImageC /ImageI] >> /MediaBox [0 0 595,5 842,25] /Содержание 151 0 Р /Группа > /Вкладки /S /StructParents 99 >> эндообъект 28 0 объект > /ExtGState > /ProcSet [/PDF /Text /ImageB /ImageC /ImageI] >> /MediaBox [0 0 595,5 842,25] /Содержание 152 0 Р /Группа > /Вкладки /S /StructParents 100 >> эндообъект 29 0 объект > /ExtGState > /XОбъект > /ProcSet [/PDF /Text /ImageB /ImageC /ImageI] >> /MediaBox [0 0 595.5 842,25] /Содержание 154 0 Р /Группа > /Вкладки /S /StructParents 9 >> эндообъект 30 0 объект > /ExtGState > /XОбъект > /ProcSet [/PDF /Text /ImageB /ImageC /ImageI] >> /MediaBox [0 0 595,5 842,25] /Содержание 157 0 Р /Группа > /Вкладки /S /StructParents 10 >> эндообъект 31 0 объект > /ExtGState > /ProcSet [/PDF /Text /ImageB /ImageC /ImageI] >> /MediaBox [0 0 595,5 842,25] /Содержание 158 0 Р /Группа > /Вкладки /S /StructParents 101 >> эндообъект 32 0 объект > /ExtGState > /XОбъект > /ProcSet [/PDF /Text /ImageB /ImageC /ImageI] >> /MediaBox [0 0 595.5 842,25] /Содержание 160 0 Р /Группа > /Вкладки /S /StructParents 11 >> эндообъект 33 0 объект > /ExtGState > /XОбъект > /ProcSet [/PDF /Text /ImageB /ImageC /ImageI] >> /MediaBox [0 0 595,5 842,25] /Содержание 162 0 Р /Группа > /Вкладки /S /StructParents 12 >> эндообъект 34 0 объект > /ExtGState > /XОбъект > /ProcSet [/PDF /Text /ImageB /ImageC /ImageI] >> /MediaBox [0 0 595,5 842,25] /Содержание 168 0 Р /Группа > /Вкладки /S /StructParents 13 >> эндообъект 35 0 объект > /ExtGState > /XОбъект > /ProcSet [/PDF /Text /ImageB /ImageC /ImageI] >> /MediaBox [0 0 595.5 842,25] /Содержание 170 0 Р /Группа > /Вкладки /S /StructParents 14 >> эндообъект 36 0 объект > /ExtGState > /XОбъект > /ProcSet [/PDF /Text /ImageB /ImageC /ImageI] >> /MediaBox [0 0 595,5 842,25] /Содержание 173 0 Р /Группа > /Вкладки /S /StructParents 15 >> эндообъект 37 0 объект > /ExtGState > /ProcSet [/PDF /Text /ImageB /ImageC /ImageI] >> /MediaBox [0 0 595,5 842,25] /Содержание 174 0 Р /Группа > /Вкладки /S /StructParents 103 >> эндообъект 38 0 объект > /ExtGState > /ProcSet [/PDF /Text /ImageB /ImageC /ImageI] >> /MediaBox [0 0 595.5 842,25] /Содержание 175 0 Р /Группа > /Вкладки /S /StructParents 104 >> эндообъект 39 0 объект > /ExtGState > /ProcSet [/PDF /Text /ImageB /ImageC /ImageI] >> /Annots [176 0 R 177 0 R 178 0 R 179 0 R 180 0 R 181 0 R 182 0 R 183 0 R 184 0 R 185 0 R 186 0 Р 187 0 Р] /MediaBox [0 0 595,5 842,25] /Содержание 188 0 Р /Группа > /Вкладки /S /StructParents 63 >> эндообъект 40 0 объект > /ExtGState > /ProcSet [/PDF /Text /ImageB /ImageC /ImageI] >> /Annots [190 0 R 191 0 R 192 0 R 193 0 R 194 0 R 195 0 R 196 0 R 197 0 R 198 0 R 199 0 R 200 0 Р 201 0 Р 202 0 Р] /MediaBox [0 0 595.5 842,25] /Содержание 203 0 Р /Группа > /Вкладки /S /StructParents 82 >> эндообъект 41 0 объект > /ExtGState > /ProcSet [/PDF /Text /ImageB /ImageC /ImageI] >> /MediaBox [0 0 595,5 842,25] /Содержание 205 0 Р /Группа > /Вкладки /S /StructParents 102 >> эндообъект 42 0 объект > эндообъект 43 0 объект > эндообъект 44 0 объект > эндообъект 45 0 объект > поток x1Fὁ#>#>G0&K؁M88d KŮj6/y!z$G~*6

Как рассчитать трансформатор SMPS

Трансформатор SMPS проявляется на выходе всех прямоходовых преобразователей.Преобразователи, применяющие прямую, двухтактную, полумостовую и полномостовую топологии, обычно являются преобразователями прямого режима. Следовательно, для расчета выходной индуктивности используются эквивалентные методы для любых 4 из этих широко используемых топологий. Фактическим назначением выходного индуктора всегда является сохранение мощности для нагрузки в период почти каждого цикла переключения, когда отключаются силовые устройства (BJT, MOSFET или IGBT). Электрическая работа трансформатора SMPS всегда заключается в объединении прямоугольных импульсов переключения (сигналы с широтно-импульсной модуляцией с изменяющимся рабочим циклом) в постоянный ток.Конденсатор, расположенный после катушки индуктивности, сглаживает постоянный ток до постоянного тока без пульсаций.

Расчет трансформатора SMPS довольно прост. Чаще всего можно использовать тороидальный сердечник с самозазором. Ферритовые сердечники с зазором (типы, используемые для ферритовых трансформаторов, например, ETD39) могут быть установлены без проблем.

Формула для определения выходной индуктивности:

 

L(min) = [Vin(max) — V(out) x T(ON) / 1,4 x Iout(min)

Vin(max) = максимальное напряжение рядом с выходным выпрямителем на этом конкретном выходе.
Ввых = выходное напряжение.
Toff(est) = предполагаемое время включения силового устройства при максимальном входном напряжении.
Iвых(мин) = ожидаемый ток минимальной нагрузки для достижения этого выхода.

По приведенной выше формуле определяется L(мин), которая представляет собой минимальную рекомендуемую индуктивность, ниже которой сердечник будет дренировать поток при наименьшем номинальном токе нагрузки для данного конкретного выхода.

Убедитесь, что вы спланировали схему, которая позволяет работать без нагрузки. Несомненно, вы не можете заменить ноль для Iout(min), потому что это может привести к бесконечности L(min).И, конечно же, это на самом деле невообразимо, не так ли?

Это означает, что вам нужно сделать так, чтобы вы выбрали самый минимальный допустимый ток.

Работайте с резисторной нагрузкой на выходе источника питания, чтобы в случае отсутствия нагрузки эта резистивная нагрузка обеспечивала минимальную нагрузку.

Iout(min) должно быть достаточно значительным, чтобы L(min) не было слишком большим; кроме того, он не должен быть слишком массивным, что может вызвать чрезмерный дефицит мощности и, следовательно, отрицательный КПД из-за рассеивания мощности на выходном резисторе.

Обычно этот резистор называют фиктивной нагрузкой, единственной задачей которого всегда является обеспечение минимальной нагрузки, если на выходе преобразователя/источника питания почти нет другой нагрузки.2

L будет индуктивностью, а N будет количеством витков.Реализация M в качестве аргумента:

L = √ L/AL

Таким образом, вот формула, которую можно использовать для определения количества витков, когда мы определяем предпочтительную индуктивность.

Иногда вы, вероятно, не знакомы с оценкой AL. Возможно, вы не узнаете спецификацию компонента ядра, которым владеете, поэтому не сможете идентифицировать таблицу данных.

Каким бы ни было объяснение, можно экспериментально определить оценку AL.

Выполните несколько витков и определите с помощью L-метра индуктивность. После этого измерьте индуктивность для наборов с разным числом витков.

Проделайте это снова для всех выбранных количеств витков. Поэтому определите индуктивность, например, для 5, 10, 20, 40 витков, после чего для каждого определите значение ШС. Получите среднее значение AL.

Одна из вещей, которые можно сделать, это начертить график зависимости L от N2. Градиент наиболее эффективной линии соответствия может быть значением AL.Вы также можете математически определить градиент «линии регрессии». Занимайтесь любым курсом, который, как вы понимаете, является самым быстрым.

В данный момент давайте рассмотрим рассматриваемый случай, чтобы решить то, что вы поняли до этого момента.

Условимся, что наш преобразователь полумостовой.

Входное напряжение для преобразователя будет отличаться от 150 В переменного тока (212 В постоянного тока) до 250 В переменного тока (354 В постоянного тока). Выходное напряжение преобразователя может составлять 14 В постоянного тока. Частота вращения 50кГц.

Первичная обмотка трансформатора: 26 витков
Вторичная обмотка трансформатора: 4+4 витка

Формула для расчета минимальной необходимой индуктивности: / 1,4 x Iвых(мин)

Нам нужно будет оценить выходное напряжение со вторичной обмоткой трансформатора при входном напряжении 354 В постоянного тока, которое может быть нашим оптимальным входным напряжением.

Будем считать, что падение напряжения из-за выпрямительного диода составляет 1В. Следовательно, типичное выходное напряжение вторичной обмотки трансформатора составляет 15 В.Соотношение витков трансформатора (первичное: вторичное) = 26:4 = 6,5

Таким образом, в любое время типичное вторичное напряжение равно 15 В, типичное напряжение на первичной обмотке трансформатора составляет 6,5 * 15 В = 97,5 В. В случае, если рабочий цикл составляет 100%, напряжение на первичной обмотке трансформатора вполне может составлять 177 В (50% от напряжения на шине постоянного тока — рассмотрим полумостовую топологию). Следовательно, рабочий цикл равен (97,5/177)*100% = 55%.

Среднее выходное напряжение на вторичной обмотке трансформатора составляет 15 В, что соответствует коэффициенту заполнения 55 %. Следовательно, максимальное выходное напряжение составляет 15 В/0.55 = 27,3В, а далее предполагается снижение диода на 1В. Следовательно, Vin(max) составляет 26,3 В.

При оптимальном входном напряжении рабочий цикл, вероятно, будет наименьшим. Это может быть любое время, когда свободное время будет самым большим.

Теперь мы определили значение рабочего цикла 55% — это фактически минимальное значение рабочего цикла. Поскольку частота переключения составляет 50 кГц, период времени составляет 20 мкс. Период выключения составляет 0,45 * 20 мкс = 9 мкс. Какой наш Toff (эст).

Предположим, что конкретная минимальная нагрузка будет потреблять ток 500 мА.При выходном напряжении 14 В и токе 500 мА электричество, рассеиваемое на выходном резисторе, вероятно, составит:

P = VI = 14 x 0,5 Вт = 7 Вт

Это, безусловно, огромная мощность! Если это приемлемо, обязательно используйте минимальную нагрузку 500 мА. Если вы решите снизить минимальную нагрузку до 250 мА, вы уменьшите рассеиваемую мощность (см. выше) до 3,5 Вт.

Таким образом, мы выяснили все основные переменные. Соединим их в формулу.-6 / 1,4 x 0,25

= 316 мкГн

Часто это минимально ожидаемая индуктивность. Не стесняйтесь использовать индуктивность выше установленного минимального числа, учитывая, что вы правильно определили минимальную необходимую индуктивность.

Допустим, мы будем использовать индуктивность 450 мкГн. Условимся, что мы выбрали тороидальный сердечник с показателем AL 64 нГн на виток в квадрате.

Начнем с того, что ожидаемая индуктивность составляет 316 мкГн, что может быть эквивалентно 316000 нГн.

Поэтому предпочтительный диапазон витков:

Может быть 70 или 71 виток. Это часто для 316 мкГн.

Относительно 450 мкГн:

Сделаем около 84 витков.

Итак… теперь вы знаете, как рассчитать витки импульсного трансформатора в домашних условиях, и вы можете применить это простое решение, чтобы определить необходимую выходную индуктивность для любого преобразователя, в котором используется прямой, двухтактный, полумостовой или полномостовая топология. Это легко, и я также надеюсь, что у меня лично была возможность дать вам понять без сомнения.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.