Návod pro výpočet základních induktorů s jádrem na síťové frekvenci pro obvody výkonové elektroniky.

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

Download "Návod pro výpočet základních induktorů s jádrem na síťové frekvenci pro obvody výkonové elektroniky."

Kristýna Vítková
před 8 lety
Počet zobrazení:

1 Návod pro cvičeí předmětu Výkoová elektroika Návod pro výpočet základích iduktorů s jádrem a síťové frekveci pro obvody výkoové elektroiky. Úvod V obvodech výkoové elektroiky je možé většiu prvků vyrobit pomocí techologie hromadé výroby. Jde mezi pasivími prvky o rezistory, kapacitory, část iduktorů, všechy polovodičové a mechaické spíací prvky. Právě iduktory a trasformátory mohou abývat takové pestrosti požadovaých parametrů, že je v podstatě emožé zavádět hromadou výrobu pro celé spektrum parametrů všech požadovaých iduktorů. Proto ávrh iduktorů a trasformátorů je většiou spoje s ávrhem kokrétího zařízeí výkoové elektroiky, stejě jako jeho výroba je spojea s výrobou kokrétího zařízeí výkoové elektroiky. Nejčastějšími iduktory a trasformátory jsou síťové trasformátory v apájecím obvodu, tlumivky do usměrňovačů, tlumivky a trasformátory do spíaých měičů. Níže v textu jsou uvedey ávrhy ěkterých typů iduktorů a trasformátorů. Návody pro výpočet je pak možé použít pro vyřešeí úloh v posledí části textu. Návrh síťového jedofázového trasformátoru s EI jádrem Výpočet je ejvhodější provést pomocí tabulkového kalkulátoru. Na počátku je obtížé určit vhodé rozměry, velikost je často omezeá místem, kam bude ve výsledku trasformátor zamotová. Proto se výpočet může provést ěkolikrát, vstupí kostaty jsou zde uvedey v širších mezích, aby mohly být později upřesěy při opakováí výpočtu. ) Zadáí: Primárí apětí U ekudárí apětí pro každé viutí spolu s požadovaým proudem U, I, U, I Frekvece f - základí frekvece sítě. Maximálí hodota magetické idukce B, atd.. Pro eorietovaá jádra EI by eměla přesáhout, T, orietovaá jádra toroidích trasformátoru je možé sytit až a,6 T. Proudová hustota ve vodičích viutí J, Proudová hustota se měí podle výkou trasformátoru: 00 0 VA 3,5 4,4 5 A/mm. Vyšší proudová hustota vede k většímu otepleí. Korekce proudové hustoty podle typu zatížeí (Krátkodobá zátěž umožňuje použít až o 0%vyšší proudovou hustotu)

Jde mezi pasivími prvky o rezistory, kapacitory, část iduktorů, všechy polovodičové a mechaické spíací prvky.

2 Návod pro cvičeí předmětu Výkoová elektroika ) Základí výpočty Zdálivý přeeseý výko se určí ze součtu zdálivých výkoů jedotlivých sekudárích viutí:,0, P U I U I Odhadovaý proud primárím viutím I P,. U Kostata, je korekce, která u jader EI zahruje ztráty v jádře, a rozptylové magetické toky. Výpočet součiu průřezu jádra a počtu primárích závitů C Fe N U 0.95 f B. Kostata 0,95 zahruje úbytky apětí a impedaci (odpor mědi a rozptylové toky) primárího viutí při omiálím proudu. Výpočet poměru mezi počtem primárích závitů a celkovým průřezem mědi v primárím viutí. Proudová hustota se měí podle výkou trasformátoru: 00 0 VA 3,5 4,4 5 A/mm. Do vzorce se zadává v základích jedotkách. (A/m ) C N Cu J I 3) Zadáí kostrukčí kostaty, poměru mezi průřezem železa a průřezem čistého primárího viutí mědi. Pro jádra typu EI je průřez železého jádra,5 až 4 krát větší ež průřez primárího viutí. Pro toroidí jádra (orietovaé plechy), C 3 Fe Cu Nižší číslo dává větší ároky a viutí, vyšší číslo a železé jádro. Pro jiý typ jádra je uté tuto kostatu změit. Průřez středího sloupu jádra: Fe C C C 3 a počtu primárích závitů N C C C 3 4) Nomiálí počet závitů a volt. Vzhledem k tomu, že se připočítávala korekce a počet závitů pro primárí viutí, výsledek se musí touto korekci podělit: k N N U 0,95

Kostata 0,95 zahruje úbytky apětí a impedaci (odpor mědi a rozptylové toky) primárího viutí při omiálím proudu. Výpočet poměru mezi počtem primárích závitů a celkovým průřezem mědi v primárím viutí.

3 Návod pro cvičeí předmětu Výkoová elektroika Nyí se určí počet závitů a každé ze sekudárích viutí, s příslušou apěťovou korekcí: N k N U,05, atd. 5) Velikost jádra. Pokud je možost vyrobit kostru a viutí a míru, volí průřez středího sloupku čtvercový, imálě obdélíkový tak, že tloušťka svazku je imálě 3 krát silější, ež je šířka středího sloupku. Normalizovaé velikosti jader EI jsou v příloze. Šířka sloupku se ozačí jako b. Výška sloupku je potom h, pro EI plechy platí h 3b/. Potom se určí tloušťka sloupku. Používaé plechy jsou pasivovaé, pasivačí vrstva a vliv povrchových erovostí zabírá ěkolik procet průřezu jádra, které je vhodé do výpočtu zahrout (zde jde o kostatu 0,97): Fe t 0, 97 b 6) Dráty pro viutí jsou k dispozici v ormalizovaých průřezech (sezam v příloze). Požadovaý průřez dpro té viutí se vypočte z požadovaého omiálího proudu viutí I a zámé proudové hustoty J. (dát pozor a jedotky, průřezy drátů se obvykle počítají v mm) d I J a průměr jedotlivého se potom určí d 4 d Každé viutí zabírá svoji část plochy ve volém průřezu kostry. Požadovaá plocha průřezu pro každé viutí je dáa přibližě součiem počtu závitů N pro každé viutí děleé kostatou plěí c p 0,8, která převádí kruhový průřez a čtverec a zahruje dále tloušťku laku a sloužící jako izolace, který drát ve viutí zabírá. Průřez plochy jedoho viutí je potom N d 0,8 Celková plocha všech viutí je potom dáa součtem. Viutí se musí vměstat do okéka v jádře EI s b h plochou V, a musí zbýt a kostru a izolačí prokladové materiály (zkušebí apětí a trasformátory je 4 kv). Celková plocha všech viutí proto esmí zabírat více, ež 70% plochy V. Pokud zabírá více, musí se zvýšit kostata C3 a výpočet provést zovu a pokud je výzamě ižší (malá pravděpodobost), je možé uvedeou kostatu sížit, a výpočet provést zovu.

Normalizovaé velikosti jader EI jsou v příloze. Šířka sloupku se ozačí jako b. Výška sloupku je potom h, pro EI plechy platí h 3b/. Potom se určí tloušťka sloupku.

4 Návod pro cvičeí předmětu Výkoová elektroika 7) Délka a jeho odpor, určeí ztrát v mědi: Délka jedoho závitu: lz ( b t) C, 4 pro C,, 8podle toho, v jaké vrstvě se viutí achází. Pro vrstvu hed a kostře se může 4 zadat,3, pro horí vrstvu možé až,7. U jediého viutí (tlumivka) se zadává kostata,5. Délka je potom l lz N. Odpor je potom R Cu l / d ( 0, 075 Ωmm /m), průřez vypočteý ve čtverečých mm a délku v m). Ztrátový výko při omiálím proudu pro jedotlivé viutí, celkové ztráty v mědi jsou dáy součtem ztrát v každém z viutí. Cu P R I. Celkové ztráty ve viutí jsou tedy součet ztrát a primárím viutí 8) Ztráty v železe závisí a moha parametrech, především a frekveci, syceí a druhu materiálu. Přepočítávají se a hmotost jádra. Hmotost se pro jádro typu EI určí z objemu jádra V Fe 6 b t. Hmotost: m V m Fe Pokud se objem určí v cm 3, zadává se hustota železa jako 7, 88 g/cm 3. Měré ztráty pro harmoický magetický tok s imálí idukcí B = T jsou u eorietovaých plechů s 4% křemíku přibližě,3 W/kg a pro idukci B =,5 T 3,5 W/kg. U orietovaých plechů jsou ztráty přibližě 3krát meší. Obecě se orietovaé plechy používají u toroidích trasformátorů, eorietovaé u skládaých EI a M jader. oučtem ztrát v mědi a železe se určí celkové ztráty v trasformátoru. m

Odpor je potom R Cu l / d ( 0, 075 Ωmm /m), průřez vypočteý ve čtverečých mm a délku v m).

5 Návod pro cvičeí předmětu Výkoová elektroika Výpočet síťové tlumivky s železým jádrem se vzduchovou mezerou ) Zadáí : Idukčost L, imálí proud I,imálí hodota syceí B (pro křemíkovou ocel bývá, T) ) Základí kostaty iduktoru: Výpočet imálí eergie iduktoru Objem vzduchové mezery V WL 0 W B L LI 3) Zadáí tloušťky vzduchové mezery la tak, aby byla mezi /0 a /50 středí délky stray jádra, V V tedy: l 3 a mi l 3 a 50 0 výpočet průřezu jádra V l a Výpočet magetického odporu mezery R m l a 0 Výpočet počtu závitů N L R m Určeí celkového průřezu mědi při imálí povoleé proudové hustotě J 4 A/mm (zadává se v základích jedotkách) NI J 4) Z tabulky jader EI výběr vhodého komerčího typu jádra - určeí šířky středího sloupce tak, aby se blížil čtvercovému průřezu, tedy sloupec imálě 3 silější, ež je šířka sloupku, případě sloupec, ásobek širší, ež je jeho tloušťka. Tedy mezi bmi a b, 3 5) Výpočet ztrát možé udělat podle bodu 6, 7, a 8 výpočet trasformátoru

3 a mi l 3 a 50 0 výpočet průřezu jádra V l a Výpočet magetického odporu mezery R m l a 0 Výpočet počtu závitů N L R m Určeí celkového průřezu mědi při imálí povoleé proudové hustotě J 4 A/mm (zadává

6 Návod pro cvičeí předmětu Výkoová elektroika Úlohy ) Vypočtěte kostrukčí parametry (typ a velikost jádra počet závitů a primárí i sekudárí straě) u malého síťového trasformátoru se dvěma sekudárími viutími s ásledujícími parametry: a) U=30 V, Ua = x8 V, Ia = 3,6 A, Ub = 8 V, Ib = A b) U=30 V, Ua = x3 V, Ia = A, Ub = 6 V, Ib = 8 A c) U=400 V, Ua = x5 V, Ia = 6 A, Ub = 4 V, Ib = 6 A ) Vypočtěte kostrukčí parametry tlumivky pro síťovou frekveci s uvedeými parametry a) L = H, I = A; b) L = 0,045 H, I = A; c) L = 0,55 H, I = 3 A

A, Ub = 8 V, Ib = A b) U=30 V, Ua = x3 V, Ia = A, Ub = 6 V, Ib = 8 A c) U=400 V, Ua = x5 V, Ia = 6 A, Ub = 4 V, Ib = 6 A ) Vypočtěte

Návod pro cvičeí předmětu Výkoová elektroika Doporučeé rozměry pro jádra EI Doporučeé rozměry plechů pro ocelová jádra určuje orma IEC 60740-.

7 Návod pro cvičeí předmětu Výkoová elektroika Doporučeé rozměry pro jádra EI Doporučeé rozměry plechů pro ocelová jádra určuje orma IEC Norma rozlišuje ěkolik základích tvarů, především YEI (obrázek a tabulka), dále YUI a pro meší třífázové trasformátory a tlumivky YUI. Jádro EI - rozměry Obrázek: Nákres a rozměry jádra EI EI b d a h e l Fe Cu (mm²) EI EI ,5 7,5 4 EI EI ,4 300 EI5 5 75,5 37, ,75 EI EI EI ,5 875 EI Tabulka: Rozměry jader typu EI l Fe : délka středí siločáry Cu : plocha okéka a kostru viutí

Jádro EI - rozměry Obrázek: Nákres a rozměry jádra EI EI b d a h e l Fe Cu (mm²) EI0 0 30 5 5 0 56 75 EI 38 6 9 5,5 7,5 4 EI6 6 48 8 4 3 89 9 EI0 0 60 0 30 40,4 300

8 Návod pro cvičeí předmětu Výkoová elektroika Tloušťka Průřez (mm ) Tloušťka Průřez (mm ) Tloušťka Průřez (mm ) Tloušťka Průřez (mm ) 0,00 0, ,36 0, ,56 0,463,3,368 0,06 0, ,50 0, ,60 0,87,40,539 0, 0, ,65 0,0555 0,63 0,37,50,767 0,8 0,0094 0,80 0,0658 0,67 0,356,60,0 0,5 0,07 0,300 0, ,7 0,3959,70,70 0,3 0,0368 0,35 0, ,75 0,448,80,545 0,40 0,0539 0,335 0,0884 0,80 0,507,90,835 0,50 0,0767 0,355 0, ,85 0,5675,00 3,4 0,60 0,00 0,375 0,04 0,90 0,636, 3,530 0,70 0,070 0,400 0,57 0,95 0,7088,4 3,94 0,80 0,0545 0,45 0,49,00 0,7854,36 4,374 0,90 0,0835 0,450 0,590,06 0,885,50 4,909 0,00 0,034 0,475 0,77, 0,985,65 5,55 0, 0, ,500 0,963,8,094,80 6,58 0,4 0,0394 0,530 0,06,5,7 3,00 7,069 Tabulka: Normalizovaé průřezy vodičů Poděkováí: Teto materiál vzikl v rámci projektu EF CZ..07/..00/ Moderizace didaktických metod a iovace výuky techických předmětů. Formát zpracováí origiálu: titulí list barevě, další listy včetě příloh barevě.

0,335 0,0884 0,80 0,507,90,835 0,50 0,0767 0,355 0,09898 0,85 0,5675,00 3,4 0,60 0,00 0,375 0,04 0,90 0,636, 3,530 0,70 0,070 0,400 0,57 0,95 0,7088,4 3,94 0,80 0,0545 0,45 0,49,00 0,7854,36 4,374

Podobné dokumenty

Strana 1 (celkem 11)

1. Vypočtěte metodou smyčkových proudů. Zadané hodnoty: R1 = 8Ω U1 = 33V R2 = 6Ω U2 = 12V R3 = 2Ω U3 = 44V R4 = 4Ω R5 = 6Ω R6 = 10Ω Strana 1 (celkem 11) Základní rovnice a výpočet smyčkových proudů: Ia: