Um transformador transfere energia elétrica de um circuito para outro sem uma mudança na frequência. Ele contém enrolamento primário e secundário. O enrolamento primário é conectado à alimentação principal e o secundário ao circuito necessário. Na nossa circuito de projeto , adotamos o projeto de um transformador de potência monofásico de 50 hertz de baixa potência (10 KVA) de acordo com nossas necessidades no projeto.
O transformador é basicamente de três tipos:
- Tipo de núcleo
- Tipo de Concha
- Toroidal
No núcleo, os enrolamentos do tipo circundam uma parte do núcleo, enquanto no núcleo do tipo concha envolve os enrolamentos. No tipo de núcleo, existem dois tipos principais: tipo E-I e tipo U-T. Nisso projeto do transformador , usamos o tipo de núcleo E-I. Escolhemos o núcleo E-I porque o enrolamento é muito mais fácil quando comparado ao toroidal, mas a eficiência é muito alta (95% -96%). É assim porque a perda de fluxo é muito menor em núcleos toroidais comparativamente.
Os transformadores empregados no projeto são
- Transformador série: Para fornecer o impulso necessário ou tensão de buck e
- Transformador de controle: Para detectar a tensão de saída e para fonte de alimentação.
Fórmulas de design:
Aqui, tomamos a referência dos dados de enrolamento na tabela de fios de cobre esmaltado e as dimensões da tabela de estampagem do transformador para selecionar os enrolamentos de entrada e saída SWG e o núcleo do transformador para determinadas especificações.
O procedimento de projeto é seguido assumindo que as seguintes especificações de um transformador são fornecidas: -
- Tensão secundária (Vs)
- Corrente secundária (Is)
- Relação de curvas (n2 / n1)
A partir desses detalhes, calculamos a largura da língua, altura da pilha, tipo de núcleo, área da janela da seguinte forma: -
- Volt-Amps secundários (SVA) = voltagem secundária (Vs) * corrente secundária (Is)
- Volt-Amps primários (PVA) = Volt-Amps secundários (SVA) / 0,9 (assumindo a eficiência do transformador como 90%)
- Tensão primária (Vp) = Tensão secundária (Vs) / relação de espiras (n2 / n1)
- Corrente primária (Ip) = Volt-Amps primário (PVA) / Tensão primária (Vp)
- A área de seção transversal necessária do núcleo é dada por: - Área do núcleo (CA) = 1,15 * sqrt (Volt-amperes primários (PVA))
- Área do núcleo bruta (GCA) = área do núcleo (CA) * 1.1
- O número de voltas no enrolamento é decidido pela razão dada como: - Voltas por volt (Tpv) = 1 / (4,44 * 10-4 * área do núcleo * frequência * densidade de fluxo)
Dados de enrolamento em fio de cobre esmaltado
(@ 200A / cm²)
Máx. Capacidade atual (Amp.) | Turns / Sq. cm | SWG | Máx. Capacidade atual (Amp.) | Turns / Sq. cm | SWG | |
0,001 | 81248 | cinquenta | 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 | Quatro cinco | 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 | vinte e um | |
0,0197 | 6543 | 41 | 1.313 | 106 | vinte | |
0,0233 | 5595 | 40 | 1.622 | 87,4 | 19 | |
0,0274 | 4838 | 39 | 2.335 | 60,8 | 18 | |
0,0365 | 3507 | 38 | 3.178 | 45,4 | 17 | |
0,0469 | 2800 | 37 | 4.151 | 35,2 | 16 | |
0,0586 | 2286 | 36 | 5.254 | 26,8 | quinze | |
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 | onze | |
0,1364 | 997 | 31 | 16,6 | 8,7 | 10 | |
0,1588 | 881 | 30 |
Dimensão das estampagens do transformador (tabela central):
Número do tipo | Largura da língua (cm) | Área da janela (cm quadrados) | Número do tipo | Largura da língua (cm) | Área da janela (cm quadrados) | |
17 | 1,27 | 1.213 | 9 | 2.223 | 7.865 | |
12A | 1.588 | 1.897 | 9A | 2.223 | 7.865 | |
74 | 1.748 | 2.284 | 11A | 1.905 | 9.072 | |
2,3 | 1.905 | 2.723 | 4A | 3.335 | 10.284 | |
30 | dois | 3 | dois | 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 | |
quinze | 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 | |
onze | 1.905 | 7.259 | 6 | 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 |
Para operação na rede elétrica, a frequência é 50 Hz, enquanto a densidade do fluxo pode ser considerada como 1 Wb / cm². para estampados de aço comuns e 1,3 Wb / cm2 para estampados CRGO, dependendo do tipo a ser usado.
Conseqüentemente
- Voltas primárias (n1) = voltas por volt (Tpv) * Tensão primária (V1)
- Voltas secundárias (n2) = voltas por volt (Tpv) * tensão secundária (V2) * 1,03 (suponha que haja uma queda de 3% nos enrolamentos do transformador)
- A largura da língua de laminações é aproximadamente dada por: -
Largura da língua (Tw) = Sqrt * (GCA)
Densidade atual
É a capacidade de carga de corrente de um fio por unidade de área de seção transversal. É expresso em unidades de Amp / cm². A tabela de fios mencionada acima é para uma classificação contínua com densidade de corrente de 200 A / cm². Para o modo não contínuo ou intermitente de operação do transformador, pode-se escolher uma densidade mais alta de até 400 A / cm², ou seja, duas vezes a densidade normal para economizar o custo unitário. Opta-se por, a elevação de temperatura para os casos operacionais intermitentes é menor para os casos operacionais contínuos.
Portanto, dependendo das densidades de corrente escolhidas, agora calculamos os valores das correntes primárias e secundárias que devem ser pesquisados na tabela de fios para selecionar SWG: -
n1a = Corrente primária (Ip) calculada / (densidade de corrente / 200)
n2a = Corrente secundária (Is) calculada / (densidade de corrente / 200)
Para esses valores de correntes primárias e secundárias, escolhemos o SWG e as voltas por centímetro quadrado correspondentes na tabela de fios. Em seguida, procedemos ao cálculo da seguinte forma: -
- Área primária (pa) = voltas primárias (n1) / (voltas primárias por centímetro quadrado)
- Área secundária (sa) = curvas secundárias (n2) / (curvas secundárias por cm²)
- A área total da janela necessária para o núcleo é dada por: -
Área total (TA) = área primária (pa) + área secundária (sa)
- O espaço extra necessário para o molde e o isolamento pode ser considerado como 30% de espaço extra do que é necessário para a área de enrolamento real. Este valor é aproximado e pode ter que ser modificado, dependendo do método de enrolamento real.
Área da janela (Wacal) = Área total (TA) * 1,3
Para o valor calculado acima da largura da lingueta, escolhemos o número do núcleo e a área da janela da tabela do núcleo garantindo que a área da janela escolhida seja maior ou igual à área bruta do núcleo. Se esta condição não for satisfeita, optamos por uma largura de lingueta maior garantindo a mesma condição com uma diminuição correspondente na altura da pilha de modo a manter a área bruta do núcleo aproximadamente constante.
Assim, obtemos a largura da lingueta disponível (Twavail) e a área da janela ((disponível) (aWa)) da tabela central
- Altura da pilha = área bruta do núcleo / largura da língua ((disponível) (atw)).
Para fins de tamanho anterior comercialmente disponíveis, aproximamos a proporção da altura da pilha para a largura da lingueta para as figuras seguintes de 1,25, 1,5, 1,75. Na pior das hipóteses, consideramos a razão igual a 2. No entanto, qualquer razão até 2 pode ser considerada, o que exigiria a criação de uma outra.
Se a proporção for maior que 2, selecionamos uma largura de língua maior (aTw) garantindo todas as condições acima.
- Altura da pilha (ht) / largura da lingueta (aTw) = (alguma proporção)
- Altura da pilha modificada = largura da língua (aTw) * Valor mais próximo da proporção padrão
- Área bruta modificada do núcleo = largura da língua (aTw) * Altura modificada da pilha.
O mesmo procedimento de projeto se aplica ao transformador de controle, onde precisamos garantir que a altura da pilha seja igual à largura da língua.
Assim, encontramos o número do núcleo e a altura da pilha para as especificações fornecidas.
Projetando um transformador usando um exemplo:
- Os detalhes fornecidos são os seguintes: -
- Sec. tensão (Vs) = 60V
Corrente sec (Is) = 4,44A
- Voltas por proporção (n2 / n1) = 0,5
Agora temos que fazer os cálculos da seguinte forma: -
- Sec.Volt-Amps (SVA) = Vs * Is = 60 * 4,44 = 266,4VA
- Prim.Volt-Amps (PVA) = SVA / 0,9 = 296,00VA
- Prim.Voltage (Vp) = V2 / (n2 / n1) = 60 / 0,5 = 120V
- Prim.current (Ip) = PVA / Vp = 296,0 / 120 = 2,467A
- Área central (CA) = 1,15 * sqrt (PVA) = 1,15 * sqrt (296) = 19,785 cm²
- Área bruta do núcleo (GCA) = CA * 1,1 = 19,785 * 1,1 = 21,76 cm²
- Voltas por volt (Tpv) = 1 / (4,44 * 10-4 * frequência CA * * Densidade de fluxo) = 1 / (4,44 * 10-4 * 19,785 * 50 * 1) = 2,272 voltas por volt
- Prim.Turns (N1) = Tpv * Vp = 2,276 * 120 = 272,73 turnos
- Sec.Turns (N2) = Tpv * Vs * 1,03 = 2,276 * 60 * 1,03 = 140,46 voltas
- Largura da língua (TW) = Sqrt * (GCA) = 4,690 cm
- Estamos escolhendo a densidade de corrente como 300A / cm², mas a densidade da corrente na tabela de fios é dada para 200A / cm², então
- Valor de pesquisa de corrente primária = Ip / (densidade de corrente / 200) = 2.467 / (300/200) = 1.644A
- Valor de pesquisa de corrente secundária = Is / (densidade de corrente / 200) = 4,44 / (300/200) = 2,96A
Para esses valores de correntes primárias e secundárias, escolhemos o SWG e as voltas por centímetro quadrado correspondentes na tabela de fios.
SWG1 = 19 SWG2 = 18
Volta por centímetro quadrado do primário = 87,4 cm² voltas por centímetro quadrado do secundário = 60,8 cm²
- Área primária (pa) = n1 / voltas por cm² (primária) = 272,73 / 87,4 = 3,120 cm²
- Área secundária (sa) = n2 / voltas por centímetro quadrado (secundário) = 140,46 / 60,8 = 2,310 cm²
- Área total (at) = pa + sa = 3,120 + 2,310 = 5,430 cm²
- Área da janela (Wa) = área total * 1,3 = 5,430 * 1,3 = 7,059 cm²
Para o valor calculado acima da largura da lingueta, escolhemos o número do núcleo e a área da janela da tabela do núcleo garantindo que a área da janela escolhida seja maior ou igual à área bruta do núcleo. Se esta condição não for satisfeita, optamos por uma largura de lingueta maior garantindo a mesma condição com uma diminuição correspondente na altura da pilha de modo a manter a área bruta do núcleo aproximadamente constante.
Assim, obtemos a largura da língua disponível (Twavail) e a área da janela ((disponível) (aWa)) da tabela central:
- Então, largura da língua disponível (atw) = 3,81 cm
- Área da janela disponível (awa) = 10.891 cm²
- Número do núcleo = 16
- Altura da pilha = gca / atw = 21,99 / 3,810 = 5,774 cm
Por motivos de desempenho, aproximamos a relação entre a altura da pilha e a largura da lingueta (aTw) para as figuras seguintes de 1,25, 1,5 e 1,75. No pior dos casos, consideramos a razão igual a 2.
Se a proporção for maior que 2, selecionamos uma largura de língua maior garantindo todas as condições acima.
- Altura da pilha (ht) / largura da lingueta (aTw) = 5,774 / 3,81 = 1,516
- Altura da pilha modificada = largura da língua (aTw) * Valor mais próximo da proporção padrão = 3,810 * 1,516 = 5,715 cm
- Área bruta modificada do núcleo = largura da língua (aTw) * Altura da pilha modificada = 3,810 * 5,715 = 21,774 cm²
Assim, encontramos o número do núcleo e a altura da pilha para as especificações fornecidas.
Projeto de um pequeno transformador de controle com exemplo:
Os detalhes fornecidos são os seguintes: -
- Sec. tensão (Vs) = 18V
- Corrente sec (Is) = 0,3A
- Voltas por proporção (n2 / n1) = 1
Agora temos que fazer os cálculos da seguinte forma: -
- Sec.Volt-Amps (SVA) = Vs * Is = 18 * 0,3 = 5,4VA
- Prim.Volt-Amps (PVA) = SVA / 0,9 = 5,4 / 0,9 = 6VA
- Prim. Tensão (Vp) = V2 / (n2 / n1) = 18/1 = 18V
- Prim. corrente (Ip) = PVA / Vp = 6/18 = 0,333A
- Área central (CA) = 1,15 * sqrt (PVA) = 1,15 * sqrt (6) = 2,822 cm²
- Área transversal do núcleo (GCA) = CA * 1,1 = 2,822 * 1,1 = 3,132 cm²
- Voltas por volt (Tpv) = 1 / (4,44 * 10-4 * frequência CA * * Densidade de fluxo) = 1 / (4,44 * 10-4 * 2,822 * 50 * 1) = 15,963 voltas por volt
- Prim. Curvas (N1) = Tpv * Vp = 15,963 * 18 = 287,337 curvas
- Sec.Turns (N2) = Tpv * Vs * 1,03 = 15,963 * 60 * 1,03 = 295,957 voltas
- Largura da língua (TW) = Sqrt * (GCA) = sqrt * (3,132) = 1,770 cm
Estamos escolhendo a densidade de corrente como 200A / cm², mas a densidade de corrente na tabela de fios é dada para 200A / cm², então
- Valor de pesquisa de corrente primária = Ip / (densidade de corrente / 200) = 0,333 / (200/200) = 0,333A
- Valor de pesquisa de corrente secundária = Is / (densidade de corrente / 200) = 0,3 / (200/200) = 0,3A
Para esses valores de correntes primárias e secundárias, escolhemos o SWG e as voltas por quadrado correspondentes. cm da mesa de arame.
SWG1 = 26 SWG2 = 27
Vire por Sq. cm do primário = 415 voltas voltas por quadrado. cm do secundário = 504 voltas
- Área primária (pa) = n1 / voltas por centímetro quadrado (primária) = 287,337 / 415 = 0,692 cm²
- Área secundária (sa) = n2 / voltas por cm² (secundária) = 295,957 / 504 = 0,587 cm²
- Área total (at) = pa + sa = 0,692 + 0,587 = 1.280 cm²
- Área da janela (Wa) = área total * 1,3 = 1,280 * 1,3 = 1,663 cm²
Para o valor calculado acima da largura da lingueta, escolhemos o número do núcleo e a área da janela da tabela do núcleo garantindo que a área da janela escolhida seja maior ou igual à área bruta do núcleo. Se esta condição não for satisfeita, optamos por uma largura de lingueta maior garantindo a mesma condição com uma diminuição correspondente na altura da pilha de modo a manter a área bruta do núcleo aproximadamente constante.
Assim, obtemos a largura da lingueta disponível (Twavail) e a área da janela ((disponível) (aWa)) da tabela central
- Então, largura da língua disponível (atw) = 1,905 cm
- Área disponível da janela (awa) = 18.969 cm²
- Número do núcleo = 23
- Altura da pilha = gca / atw = 3,132 / 1,905 = 1,905 cm
Daí o transformador de controle é projetado.