Особливості будови, фізичних явищ, розрахунок співвідношень, заступних схем ССТ:низьковольтних, високочастотних, багатообмоткових.

Мікротрансформатори низької напруги до 500 В і частоти f = 200Гц з номінальною потужністю Р_н = 10...200 Вт завдяки незначній товщині ізоляції їх провідників та малими ізоляційними проміжками відзначаються малими потоками розсіяння первинних та вторинних обмоток. Тому індуктивними опорами розсіяння X₁, X₂^’ порівняно з їх активними опорами R₁, R₂^’ зазвичай нехтують [1].

Маса сталі М_ст у мікротрансформаторів за абсолютною величиною є невеликою, активна складова струму неробочого режиму І_0а порівняно зі струмом намагнічування І_т також незначна, а відносне значення струму неробочого режиму І₀ дорівнюватиме
(1)

де - уявна номінальна потужність, яка для заданого спаду напруги трансформатора є пропорційною електромагнітній потужності ; а - базовий лінійний розмір трансформатора, пропорційним якому вважаємо всі інші розміри; Q_μ -повна і q_μ - питома намагнічувальні потужності трансформатора; М_ст - маса сталі. Отже, значення струму намагнічування мікротрансформаторів, згідно з (1) із збільшенням потужності збільшу­ється обернено пропорційно їх лінійним розмірам.

Переважно масу мікротрансформаторів обмежують, в т.ч. і масу сталі, внаслідок чого зростає питома потужність намагнічування q_μ . Це зумовлює додаткове зростання струму намагнічування до 20.. .40% від номінального. Його зростанню сприяє і значна довжина повітряних стиків між листами магнітопроводу порівняно з відносно короткою довжиною сталевого магнітопроводу.

Із зменшенням потужності мікротрансформатора Р_н ≡ а⁴ об'єм його \/_т ≡ а³ зменшується повільніше, і ще повільніше зменшуєть­ся його площа охолодження F ≡ а². Тому для повного використан­ня теплових можливостей ізоляції обмотки мікротрансформатора, щоб мінімізувати його масогабаритні показники, слід дещо збільшити його електромагнітні навантаження: індукцію в осерді та гус­тину струму в обмотках. Тоді, правда, збільшиться опір короткого замикання трансформатора R_к =R₁+ R₂^’ й активна складова напруги короткого замикання DUT. Очевидно, що при збільшенні електромагнітних навантажень в трансформаторі зростуть втрати і зменшиться коефіцієнт віддачі η.

Отже, проектуючи мікротрансформатор, доцільно зменшити його масогабаритні показники за рахунок збільшення їх електромагнітних навантажень. Але це збільшить спад напруги на трансформаторі і зменшить коефіцієнт віддачі, які можуть лімітувати значення електромагнітних навантажень.

Компромісу можна досягти, чітко визначивши залежність між геометричними розмірами трансформатора, його електромагнітними навантаженнями і спадом напруги в трансформаторі _Т або допустимою температурою нагріву обмоток трансформатора θ_т.

Для мікротрансформатора броневої конструкції (рис. 1.1) залежність потужності Р₂ від його геометричних розмірів можна пред­ставити так:

(2)

Рис. 1.1 Геометричні розміри мікротрансформатора броневої конструкції.

Вважається, що задані: макси­мальна індукція в стрижні В_Т, частота f_T, коефіцієнти заповнення площі: магнітопроводу - сталлю k_ст, вікна обмотки - міддю k_м.

Щоб формалізувати задачу ви­значення оптимальних геометричних розмірів трансформатора та їх співвідношень при заданій потужності Р₂ і спаді напруги _Т за критерієм мінімального об'єму V_T, мінімальної маси М_T або вартості W_T - вводять функції мети відповідно: Р₂ /V_T Р₂ / М_T або Р₂ / W_T .При формуванні цих функцій зі співвідношенням (2) доцільно виразити їх через відносні геометричні розміри, прийнявши за базовий розмір, наприклад ширину стрижня магнітопроводу а (рис):

(3)

Тоді аргументами всіх вже згаданих функцій мети з врахуванням обмежень: заданих значень спаду напруги, частоти, коефіцієнтів заповнення сталі магнітопроводу та вікна обмотки з умовою забезпечення, наприклад мінімального об'єму, — будуть відносні розміри х, у, z та індукція В_T.

(4)

де

(4а)

Функція записується тоді в повному вигляді:

(5)

де , – питома маса відповідно сталі магнітопровода та міді котушки з ізоляцією:

Тоді оптимальні співвідношення розмірів x_ov, y_ov, z_ov визначають з умов існування часткових максимумів функції мети, наприклад за мінімумом об'єму

(6)

Розв'язки системи рівнянь (6) є значеннями координат гло­бального оптимуму. Вони можуть коригуватися заданими граничними значеннями ΔU_T, η υ_m та умовами дискретності конструкційних і технологічних параметрів (шириною стрічки, ти­порозмірами серійних магнітопроводів тощо).Виходячи із заданої потужності Р₂,визначають з (4а) базовий розмір а_v.

Аналогічно оптимізують відносні розміри трансформатора x_ov, y_ov, z_ov, а потім і базовий розмір а_м за критерієм маси трансформатора М

(7)

(8)

а також його вартості W врахуванням зазначених обмежень.

Компромісний оптимум розмірів трансформатора за мінімумом маси і одночасно вартості трансформатора визначають за­гальноприйнятим методом: вводячи вагові коефіцієнти k_M та k_W і для цих критеріїв сумісно розв'язують систему рівнянь

(9)

Автором складено програму оптимізаційних розрахунків бро-невого мікротрансформатора за функціями мети (6) з обмежен­ням спаду напруги на трансформаторі ΔU_T% . Ці розрахунки для мікротрансформатора потужністю 50 Вт при ΔU_T% = 10% для стан­дартної ширини стрічки магнітопроводу а = 25мм дали такі опти­мальні співвідношення розмірів трансформатора: x_ov=1,1; y_ov=2,1; z_ov=2,5.

TTS

Трансформатори серії TTS призначені для живлення кіл керування, місцевого освітлення, сигналізації і автоматики, з встановленням на шині TS35.

Таблиця 2.1

ОСВР1М

Трансформатори серії ОСВР1М (однофазні, сухі, модернізовані, встановлювані в оболонки вибухозахищеного і гірського обладнання ) призначені для живлення кіл керування гірського обладнання. Кліматичне виконання У категорія 3 по ГОСТ 15150.

Трансформатори мають підвищену ізоляцію обмоток і підвищену стійкість до перенапруг мережі.

Таблиця 2.2

ТПН

Однофазні уніфіковані трансформатори серії ТПН на напругу мережі 220V 50Hz передбачені для роботи в джерелах живлення РЭА і колах керування електричних мереж. Виконуються трансформатори на броньових магнітопроводах типу ШЛ, ШЛМ, ПЛ, ПЛМ як в каркасному так і в бескаркасному варіанті. Можлива герметизація трансформаторів.

Таблиця 2.3