Анализ тз, выбор и обоснование конкурентных
Н.И.Кузебных
ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТРАНСФОРМАТОРОВ ДЛЯ РЭС
Методическое пособие по курсовому проектированию
по дисциплине “Перспективная элементная база РЭС”
Для студентов специальности 210201
Проектирование и технология радиоэлектронных средств
СОДЕРЖАНИЕ
| 1 ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………… | ||
| 2 АНАЛИЗ ТЗ, ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ КОНКУРЕНТНЫХ ВАРИАНТОВ КОНСТРУКЦИЙ ТП…………………………………. | ||
| 2.1 Задачи анализа ТЗ …………………………………………………….. | ||
| 2.2 Выбор и обоснование конкурентных типов трансформаторов…….. | ||
| 2.3 Выбор и обоснование конкурентных типов и рядов сердечников…. | ||
| 2.4 Выбор и обоснование ферромагнитного материала сердечника…... | ||
| 2.5 Выбор и обоснование конструкции катушки,типа намотки и материала каркаса……………………………………………………. | ||
| 2.6 Выбор и обоснование проводникового материала и марки обмоточных проводов………………………………………………….. | ||
| 2.7 Выбор и обоснование электроизоляционных материалов…………. | ||
| 2.8 Выбор и обоснование способа и материалов защиты катушки и трансформатора………………………………………………………… | ||
| 3 РАСЧЕТ ТЭП КОНКУРЕНТНЫХ ВАРИАНТОВ И ВЫБОР ОПТИМАЛЬНОЙ КОНСТРУКЦИИ ТРАНСФОРМАТОРА .…… | ||
| 3.1 Постановка задачи…………………………………………………….. | ||
| 3.2 Расчет габаритных критериев конкурентных конструкций ТП……. | ||
| 3.3 Выбор типоразмеров сердечников из конкурентных рядов……….. | ||
| 3.4 Определение ТЭП для конкурентных вариантов ТП……………….. | ||
| 3.5 Анализ ТЭП конкурентных трансформаторов и выбор оптимальной конструкции ……………………………………………. | ||
| 4 ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ТРАНСФОРМАТОРА……………….. | ||
| 4.1 Электрический расчет ТП по падению напряжения…………………. | ||
| 4.2 Электрический расчет ТП по температуре перегрева при вынужденном тепловом режиме (ТВР)………………………………... | ||
| 4.3 Электрический расчет ТП по температуре перегрева при естественном тепловом режиме (ТЕР) | ||
| 5 КОНСТРУКТИВНЫЙ РАСЧЕТ ТП………………………………….. | ||
| 5.1 Постановка задачи……………………………………………………… | ||
| 5.2 Конструктивный расчет броневых и стержневых ТММ…………….. | ||
| 5.3 Конструктивный расчет тороидального трансформатора…………… | ||
| 5.4 Расчет толщины влагозащитного покрытия………............................ | ||
| 6 УТОЧНЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПАРАМЕТРОВ И СПОСОБА ЗАЩИТЫ ОТ ВНЕШНИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ ………... | ||
| 6.1 Уточнение электромагнитных параметров трансформатора ……….. | ||
| 6.2 Расчет технико-экономических показателей трансформатора ……… | ||
| ОСНОВНАЯ РЕКОМЕНДОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА……………….. | ||
| ПРИЛОЖЕНИЕ А. Основные свойства пластмасс для изготовления каркасов, гильз и обойм ………………………………………… | ||
| ПРИЛОЖЕНИЕ Б. Обмоточные медные провода с эмалевой изоляцией ……………………..……………………………………………. | ||
| ПРИЛОЖЕНИЕ В. Расчетные коэффициенты…….…………………... | ||
| ПРИЛОЖЕНИЕ Г. Цены электротехнических сталей и обмоточных проводов …………………………………………………………………. | ||
| ПРИЛОЖЕНИЕ Д. Размеры и справочные величины для типовых рядов сердечников и для трансформаторов при типовых условиях …………………………………………………………………………. | ||
| ПРИЛОЖЕНИЕ Е. Характеристики электротехнических холоднокатаных анизотропных сталей ………………………………………. | ||
| УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ ………………………………………….. | ||
| ПРИНЯТЫЕ СОКРАЩЕНИЯ ТЕРМИНОВ…………………………… |
ВВЕДЕНИЕ
Трансформатором питания (ТП) называется статическое электромагнитное устройство переменного тока, предназначенное для преобразования напряжения первичного источника питания в ряд напряжений требуемой величины и служащее для питания различных РЭС и гальванической развязки питаемых устройств и первичного источника. Принцип функционирования и другие сведения о ТП достаточно подробно представлены в [1-3]. ТП находят широкое применение в РЭА.
Трансформаторы питания используются в источниках вторичного электропитания (ИВЭП), которые являются неотъемлемым функциональным блоком РЭС любого назначения и используются для питания различных потребителей электрической энергии: электронных, полупроводниковых и интегральных схем, устройств индикации и отображения информации и т.д. В РЭА используются преимущественно трансформаторы питания небольшой мощности (до 2…5 кВ×А), поэтому в технической литературе их называют просто трансформаторами малой мощности (ТММ).
Промышленные предприятия страны выпускают широкий перечень нормализованных (типовых) ТП, однако они далеко не всегда могут оптимальным образом удовлетворить техническим требованиям разрабатываемой РЭС различного назначения. Необходимость проектирования ТП возникает в тех случаях, когда в техническом задании (ТЗ) на разработку РЭС накладываются жесткие ограничения по тем или иным техническим или технико-экономическим показателям (ТЭП). Учитывая, что типовые ТП имеют дискретные и ограниченные ряды как по количеству вторичных обмоток, так и по их напряжениям и токам, то они не могут полностью удовлетворить всей совокупности требований, предъявляемых к проектируемым РЭС.
Вопросы проектирования трансформаторов питания весьма подробно рассмотрены в книгах [2 и 4]. Однако методики проектирования ТП, изложенные в них, ориентированы на подготовленных специалистов. Кроме того, указанные книги в настоящее время являются бестселлерами и не всегда доступны широкому кругу студентов. Используемое до сих пор методическое пособие А.К.Майера [5], в котором представлена в сокращенном варианте методика проектирования ТП Р.Х.Бальяна из [4], изрядно устарело. Поэтому назрела необходимость в разработке более совершенного методического пособия, ориентированного на современные условия и требования.
В данном методическом пособии в основу положена также методика проектирования Р.Х.Бальяна, так как она позволяет уже на начальном этапе проектирования учитывать ограничения как по падению напряжения, так и по перегреву обмоток ТП. При выборе конструктивных решений и в конструктивном расчете использованы также рекомендации из работ [2 и 3]. Справочные данные взяты из работ [2, 4] и справочников [6-9]. Конструктивный расчет тороидальных трансформаторов разработан автором и ориентирован на использование вычислительной техники.
Основной целью проектирования ненормализованных ТП является выбор оптимальной конструкции сердечника и катушки, материалов сердечника, обмоток и изоляционных материалов, типа защиты ТП от внешних воздействий и других конструктивных решений, который наилучшим образом обеспечил бы оптимальный режим работы трансформатора. В качестве критериев оптимизации чаще всего задается минимизация массы, габаритного объема или стоимости ТП, а ограничения накладываются на падение напряжения в трансформаторе и на температуру перегрева в обмотках. Возможны и другие варианты.
В техническом задании (ТЗ) на проектирование обычно задаются следующие исходные данные ТП:
· схема электрическая;
· частота f и напряжение U1питающей сети;
· напряжения и токи вторичных обмоток U2i и I2i;
· максимально допустимый перегрев обмотокtm;
· допустимое падение напряжения в обмотках dU;
· Вид нагрузки трансформатора.
В ТЗ также задаются условия эксплуатации: диапазон изменения температуры окружающей среды, минимальное и максимальное атмосферное давление, влажность, наличие агрессивной среды, механические воздействия; срок службы; ограничения по технико-экономическим показателям. А также указывается назначение ТП, программа выпуска и срок службы.
Проектирование оптимальных ТП можно условно разделить на следующие этапы:
1) анализ технического задания, предварительное обоснование и выбор конкурентных вариантов конструкций ТП и конструктивных решений;
2) предварительный расчет технико-экономических показателей конкурентных вариантов и выбор оптимальной конструкции ТП;
3) электрический расчет оптимального ТП;
4) конструктивный расчет оптимального ТП;
5) уточнение электромагнитных параметров и определение фактических технико-экономических показателей ТП;
6) разработка конструкции и конструкторской документации ТП;
7) критический анализ результатов проектирования и предложения по совершенствованию разработанной конструкции.
Рассмотрим содержание каждого из этих этапов.
АНАЛИЗ ТЗ, ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ КОНКУРЕНТНЫХ
ВАРИАНТОВ КОНСТРУКЦИЙ ТП
Задачи анализа ТЗ
При анализе технического задания необходимо выбрать и обосновать:
1) конкурентные типы конструкций ТП (броневой, стержневой, тороидальный, обращенный тор, кабельного типа, типа «шпуля» и т.д.);
2) конкурентные типы сердечников (ленточный, пластинчатый, прессованный из магнитодиэлектриков или ферритов и т.д.);
3) конкурентные ряды сердечников (ШЛ, ПЛ, ОЛ, ШЛМ, ШЛР, ПЛМ, ПЛР и т.д.).
4) конкурентные ферромагнитные материалы (марки электротехнических сталей, сплавов, магнитодиэлектриков, ферритов и т.д.);
5) конструкции катушки (каркасная, бескаркасная, секционированная);
6) конкурентные проводниковые материалы (медь, алюминий, круглого или прямоугольного профиля, ленточный) и марки обмоточных проводов (ПЭВ-1, ПЭВ-2, ПЭВТЛ-1, ПЭВТЛ-2, ПЭТВ, ПЭТ-155, ПСД и т.д.);
7) изоляционные материалы – корпусная, межслоевая, межобмоточная, наружная изоляция (электроизоляционные бумаги, стеклоткань, лакоткань, пленочные материалы и т.д.);
8) способ защиты катушки и трансформатора от влаги и агрессивной среды (пропитка катушки, обволакивание, заливка, защитно-декоративное покрытие ТП и т.д.) и защитные материалы (пропиточные – лаки или компаунды; защитно-декоративные – лаки, эмали; покровные компаунды; заливочные компаунды и т.д.). Марки и стандарты или ТУ.
Раскроем более подробно содержание каждого из приведенных выше пунктов анализа ТЗ.