Conception de transformateur

Un transformateur transfère l'énergie électrique d'un circuit à un autre circuit sans changement de fréquence. Il contient des enroulements primaire et secondaire. L'enroulement primaire est connecté à l'alimentation principale et secondaire au circuit requis. Dans notre circuit de projet , nous avons pris la conception du transformateur de puissance monophasé 50 hertz de faible puissance (10 KVA) selon notre exigence dans le projet.

Le transformateur est essentiellement de trois types:

1. Type de noyau
2. Type de coque
3. Toroïdal

Dans le noyau, les enroulements de type entourent une partie du noyau tandis que dans le noyau de type coquille entourent les enroulements. Dans le type Core, il existe deux types principaux, à savoir le type E-I et le type U-T. Dans ce conception de transformateur , nous avons utilisé le type de noyau E-I. Nous avons choisi le noyau E-I car l'enroulement est beaucoup plus facile par rapport au toroïdal, mais le rendement est très élevé (95% -96%). Il en est ainsi parce que la perte de flux est très moindre dans les noyaux toroïdaux comparativement.

Les transformateurs employés dans le projet sont

1. Transformateur série: Pour fournir la tension élévatrice ou abaisseur requise et
2. Transformateur de contrôle: Pour détecter la tension de sortie et pour l'alimentation électrique.

Formules de conception:

Ici, nous prenons la référence des données d'enroulement sur le tableau des fils de cuivre émaillés et les dimensions du tableau d'estampage du transformateur pour sélectionner les enroulements d'entrée et de sortie SWG et le noyau du transformateur pour des spécifications données.

La procédure de conception est suivie en supposant que les spécifications suivantes d'un transformateur sont données: -

• Tension secondaire (Vs)
• Courant secondaire (Is)
• Rapport de tours (n2 / n1)

À partir de ces détails, nous calculons la largeur de la languette, la hauteur de la pile, le type de noyau, la zone de la fenêtre comme suit: -

• Volt-ampères secondaires (SVA) = tension secondaire (Vs) * courant secondaire (Is)
• Volt-ampères primaires (PVA) = Volt-ampères secondaires (SVA) / 0,9 (en supposant que l'efficacité du transformateur est de 90%)
• Tension primaire (Vp) = rapport tension secondaire (Vs) / tours (n2 / n1)
• Courant primaire (Ip) = Volt-ampères primaires (PVA) / tension primaire (Vp)
• La section transversale requise du noyau est donnée par: - Zone du noyau (CA) = 1,15 * sqrt (Volt-ampères primaires (PVA))
• Zone centrale brute (GCA) = Zone centrale (CA) * 1,1
• Le nombre de tours sur l'enroulement est décidé par le rapport donné comme suit: - Tours par volt (Tpv) = 1 / (4,44 * 10-4 * surface du cœur * fréquence * densité de flux)

Données d'enroulement sur fil de cuivre émaillé

(À 200 A / cm²)

Dimension des estampages du transformateur (tableau de base):

Pour un fonctionnement sur secteur, la fréquence est de 50 Hz, tandis que la densité de flux peut être prise à 1 Wb / cm2. pour les estampages en acier ordinaire et 1,3Wb / cm2 pour les estampages CRGO, selon le type à utiliser.

D'où

• Tours primaires (n1) = Tours par volt (Tpv) * Tension primaire (V1)
• Tours secondaires (n2) = Tours par volt (Tpv) * tension secondaire (V2) * 1,03 (Supposons qu'il y ait une chute de 3% dans les enroulements du transformateur)
• La largeur de la languette des laminations est approximativement donnée par: -

Largeur de la languette (Tw) = Sqrt * (GCA)

La densité actuelle

C'est la capacité de charge actuelle d'un fil par unité de section transversale. Il est exprimé en unités Amp / cm². Le tableau de câblage mentionné ci-dessus est pour une estimation continue à une densité de courant de 200 A / cm². Pour un mode de fonctionnement non continu ou intermittent du transformateur, on peut choisir une densité plus élevée jusqu'à 400 A / cm², c'est-à-dire deux fois la densité normale pour économiser le coût unitaire. Il est choisi comme, l'élévation de température pour les cas opérationnels intermittents est moindre pour les cas opérationnels continus.

Ainsi, en fonction des densités de courant choisies, nous calculons maintenant les valeurs des courants primaires et secondaires qui doivent être recherchées dans le tableau des fils pour sélectionner SWG: -

n1a = courant primaire (Ip) calculé / (densité de courant / 200)

n2a = courant secondaire (Is) calculé / (densité de courant / 200)

Pour ces valeurs de courants primaires et secondaires, nous choisissons le SWG et les tours par cm2 correspondants dans le tableau des fils. Ensuite, nous procédons au calcul comme suit: -

• Zone principale (pa) = Tours primaires (n1) / (Tours primaires par cm2)
• Zone secondaire (sa) = Tours secondaires (n2) / (Tours secondaires par cm2)
• La surface totale de la fenêtre requise pour le noyau est donnée par: -

Superficie totale (TA) = zone principale (pa) + zone secondaire (sa)

• L'espace supplémentaire requis pour le premier et l'isolation peut être considéré comme un espace supplémentaire de 30% de ce qui est requis par la zone d'enroulement réelle. Cette valeur est approximative et peut devoir être modifiée, selon la méthode d'enroulement réelle.

Surface de la fenêtre (Wacal) = Surface totale (TA) * 1,3

Pour la valeur calculée ci-dessus de la largeur de la languette, nous choisissons le numéro de noyau et la surface de la fenêtre dans le tableau de base en veillant à ce que la zone de fenêtre choisie soit supérieure ou égale à la surface de noyau brute. Si cette condition n'est pas satisfaite, on opte pour une largeur de languette plus élevée assurant la même condition avec une diminution correspondante de la hauteur de la pile de manière à maintenir une surface de noyau brute approximativement constante.

Ainsi, nous obtenons la largeur de languette disponible (Twavail) et la zone de fenêtre ((available) (aWa)) à partir de la table principale

• Hauteur de la pile = zone centrale brute / largeur de la languette ((disponible) (atw)).

Pour des raisons de taille antérieure disponibles dans le commerce, nous évaluons le rapport hauteur de pile / largeur de languette aux chiffres suivants les plus proches de 1,25, 1,5, 1,75. Dans le pire des cas, nous prenons le rapport égal à 2. Cependant, tout rapport jusqu'à 2 peut être pris, ce qui exigerait de fabriquer son propre ancien.

Si le rapport est supérieur à 2, nous sélectionnons une largeur de languette plus élevée (aTw) garantissant toutes les conditions ci-dessus.

• Hauteur de la pile (ht) / largeur de la languette (aTw) = (un certain ratio)
• Hauteur de pile modifiée = Largeur de la languette (aTw) * Valeur la plus proche du rapport standard
• Zone de noyau brute modifiée = Largeur de la languette (aTw) * Hauteur de pile modifiée.

La même procédure de conception s'applique pour le transformateur de commande, où nous devons nous assurer que la hauteur de la pile est égale à la largeur de la languette.

Ainsi, nous trouvons le numéro de noyau et la hauteur de pile pour les spécifications données.

Conception d'un transformateur à l'aide d'un exemple:

• Les détails donnés sont les suivants: -
• Seconde. tension (Vs) = 60 V

Courant sec (Is) = 4,44A

• Tours par rapport (n2 / n1) = 0,5

Maintenant, nous devons calculer comme suit: -

• Sec.Volt-Amps (SVA) = Vs * Is = 60 * 4,44 = 266,4VA
• Prim.Volt-Amps (PVA) = SVA / 0,9 = 296,00VA
• Tension primaire (Vp) = V2 / (n2 / n1) = 60 / 0,5 = 120V
• Courant primaire (Ip) = PVA / Vp = 296,0 / 120 = 2,467A
• Aire centrale (CA) = 1,15 * sqrt (PVA) = 1,15 * sqrt (296) = 19,785 cm²
• Surface centrale brute (GCA) = CA * 1,1 = 19,785 * 1,1 = 21,76 cm²
• Tours par volt (Tpv) = 1 / (4,44 * 10-4 * CA * fréquence * Densité de flux) = 1 / (4,44 * 10-4 * 19,785 * 50 * 1) = 2,272 tours par volt
• Tours primaires (N1) = Tpv * Vp = 2,276 * 120 = 272,73 tours
• Tours en secondes (N2) = Tpv * Vs * 1,03 = 2,276 * 60 * 1,03 = 140,46 tours
• Largeur de la languette (TW) = Sqrt * (GCA) = 4,690 cm
• Nous choisissons la densité de courant comme 300A / cm², mais la densité de courant dans le tableau des fils est donnée pour 200A / cm², alors
• Valeur de recherche de courant primaire = Ip / (densité de courant / 200) = 2,467 / (300/200) = 1,644A
• Valeur de recherche de courant secondaire = Is / (densité de courant / 200) = 4,44 / (300/200) = 2,96 A

Pour ces valeurs de courants primaires et secondaires, nous choisissons le SWG et les tours par cm2 correspondants dans le tableau des fils.

SWG1 = 19 SWG2 = 18

Tour par cm2 de primaire = 87,4 cm² tours par cm2 de secondaire = 60,8 cm²

• Aire primaire (pa) = n1 / tours par cm2 (primaire) = 272,73 / 87,4 = 3,120 cm²
• Zone secondaire (sa) = n2 / tours par cm2 (secondaire) = 140,46 / 60,8 = 2,310 cm²
• Superficie totale (at) = pa + sa = 3.120 + 2.310 = 5.430 cm²
• Surface de la fenêtre (Wa) = surface totale * 1,3 = 5,430 * 1,3 = 7,059 cm²

Pour la valeur calculée ci-dessus de la largeur de la languette, nous choisissons le numéro de noyau et la surface de la fenêtre dans le tableau de base en veillant à ce que la zone de fenêtre choisie soit supérieure ou égale à la surface de noyau brute. Si cette condition n'est pas satisfaite, on opte pour une largeur de languette plus élevée assurant la même condition avec une diminution correspondante de la hauteur de la pile de manière à maintenir une surface de noyau brute approximativement constante.

Ainsi, nous obtenons la largeur de languette disponible (Twavail) et la zone de fenêtre ((dispo) (aWa)) à partir de la table principale:

• Donc largeur de langue disponible (atw) = 3,81 cm
• Surface de fenêtre disponible (awa) = 10,891 cm²
• Nombre de base = 16
• Hauteur de la pile = gca / atw = 21,99 / 3,810 = 5,774 cm

Pour des raisons de performance, nous évaluons le rapport hauteur de pile / largeur de languette (aTw) aux chiffres suivants les plus proches de 1,25, 1,5 et 1,75. Dans le pire des cas, nous prenons le rapport égal à 2.

Si le rapport est supérieur à 2, nous sélectionnons une largeur de languette plus élevée garantissant toutes les conditions comme ci-dessus.

• Hauteur de la pile (ht) / largeur de la languette (aTw) = 5,774 / 3,81 = 1,516
• Hauteur de pile modifiée = Largeur de la languette (aTw) * Valeur la plus proche du rapport standard = 3,810 * 1,516 = 5,715 cm
• Aire brute modifiée du noyau = largeur de la languette (aTw) * hauteur de pile modifiée = 3,810 * 5,715 = 21,774 cm²

Ainsi, nous trouvons le numéro de noyau et la hauteur de pile pour les spécifications données.

Conception d'un petit transformateur de contrôle avec exemple:

Les détails donnés sont les suivants: -

• Seconde. tension (Vs) = 18 V
• Courant sec (Is) = 0,3 A
• Tours par rapport (n2 / n1) = 1

Maintenant, nous devons calculer comme suit: -

• Sec.Volt-Amps (SVA) = Vs * Is = 18 * 0,3 = 5,4VA
• Prim.Volt-Amps (PVA) = SVA / 0.9 = 5.4 / 0.9 = 6VA
• Prim. Tension (Vp) = V2 / (n2 / n1) = 18/1 = 18 V
• Prim. courant (Ip) = PVA / Vp = 6/18 = 0,333A
• Aire centrale (CA) = 1,15 * sqrt (PVA) = 1,15 * sqrt (6) = 2,822 cm²
• Aire transversale du cœur (GCA) = CA * 1,1 = 2,822 * 1,1 = 3,132 cm²
• Tours par volt (Tpv) = 1 / (4,44 * 10-4 * CA * fréquence * Densité de flux) = 1 / (4,44 * 10-4 * 2,822 * 50 * 1) = 15,963 tours par volt
• Prim. Tours (N1) = Tpv * Vp = 15,963 * 18 = 287,337 tours
• Tours en secondes (N2) = Tpv * Vs * 1,03 = 15,963 * 60 * 1,03 = 295,957 tours
• Largeur de la languette (TW) = Sqrt * (GCA) = sqrt * (3.132) = 1.770 cm

Nous choisissons la densité de courant comme 200A / cm², mais la densité de courant dans le tableau des fils est donnée pour 200A / cm², alors

• Valeur de recherche de courant primaire = Ip / (densité de courant / 200) = 0,333 / (200/200) = 0,333 A
• Valeur de recherche de courant secondaire = Is / (densité de courant / 200) = 0,3 / (200/200) = 0,3 A

Pour ces valeurs de courants primaire et secondaire, nous choisissons le SWG et les tours par carré correspondants. cm de la table en fil.

SWG1 = 26 SWG2 = 27

Tour par mètre carré cm de primaire = 415 tours Tours par carré. cm de secondaire = 504 tours

• Aire primaire (pa) = n1 / tours par cm2 (primaire) = 287,337 / 415 = 0,692 cm²
• Surface secondaire (sa) = n2 / tours par cm2 (secondaire) = 295,957 / 504 = 0,587 cm²
• Surface totale (at) = pa + sa = 0,692 + 0,587 = 1280 cm²
• Surface de la fenêtre (Wa) = surface totale * 1,3 = 1,280 * 1,3 = 1,663 cm²

Pour la valeur calculée ci-dessus de la largeur de la languette, nous choisissons le numéro de noyau et la surface de la fenêtre dans le tableau de base en veillant à ce que la zone de fenêtre choisie soit supérieure ou égale à la surface de noyau brute. Si cette condition n'est pas satisfaite, on opte pour une largeur de languette plus élevée assurant la même condition avec une diminution correspondante de la hauteur de la pile de manière à maintenir une surface de noyau brute approximativement constante.

Ainsi, nous obtenons la largeur de languette disponible (Twavail) et la zone de fenêtre ((available) (aWa)) à partir de la table principale

• Donc largeur de langue disponible (atw) = 1,905 cm
• Surface de fenêtre disponible (awa) = 18,969 cm²
• Numéro de base = 23
• Hauteur de la pile = gca / atw = 3,132 / 1,905 = 1,905 cm

D'où le transformateur de contrôle est conçu.