Расчет ш образного трансформатора: Простой расчет силового трансформатора | hardware — ESR Energy — Дизельные генераторы, электростанции, цены на дизель-генераторные установки

Содержание

Простой расчет силового трансформатора | hardware

На этой страничке приведен простой метод расчета параметров трансформатора для сетей питания промышленной частоты (для России это 220V 50 Гц). Это может понадобиться для радиолюбительского творчества, ремонта и модификации трансформаторов. Обратите внимание, что даже если приведенный метод расчета и некоторые уравнения могли быть обобщены, здесь для упрощения вычислений принимались во внимание только классические сердечники трансформаторов с закрытым магнитным потоком, составленные из стальных пластин.

[Шаг 1. Определение размеров магнитопровода]

Когда разрабатывается трансформатор, первый шаг в разработке состоит в выборе подходящего сердечника, чтобы трансформатор мог передать необходимую мощность. Обычно чем больше мощность, тем больше должны быть размеры трансформатора. В действительности нет теоретических или физических ограничений на то, чтобы трансформатор меньшего размера мог передавать большую мощность.

Но по практическим соображениям на сердечнике малого размера недостаточно места для размещения всех обмоток, поэтому можно выбрать только лишь сердечник не меньше определенного размера. Хороший базовый выбор может дать следующая эмпирическая формула (для рабочей частоты трансформатора 50 Гц):

P = η * S² / 14000

Это выражение связывает (допустимую) мощность P трансформатора с площадью поверхности поперечного сечения S, с учетом эффективности сердечника η (греческая буква «eta»). При измерении поверхности поперечного сечения следует удалить 5%, чтобы учесть толщину лака на ферромагнитных пластинах, составляющих сердечник трансформатора. Площадь поперечного сечения S соответствует минимальному сечению магнитного потока в трансформаторе, и S можно определить по размерам участка магнитопровода, на котором расположены обмотки, как показано на рисунке ниже:

S=a*b

Рисунок выше показывает сердечник с двумя петлями магнитного потока, который применяется чаще всего из-за незначительного магнитного поля рассеивания, небольшого размера и технологичности в изготовлении трансформатора. Это так называемый Ш-образный сердечник. Две петли магнитного потока получаются потому, что обмотки в таком трансформаторе находятся в середине трансформатора, и их магнитное поле разветвляется на 2 половины справа и слева от обмотки. Если в Вашем трансформаторе одна петля магнитного потока (это трансформатор наподобие тороидального), то тогда не имеет значения, в каком месте сердечника определять площадь его поперечного сечения.

Эффективность η зависит от материала сердечника, и если Вы не знаете значение этого параметра, то следующая таблица даст грубую подсказку:

Таблица 1. Значение эффективности η и плотности магнитного потока φ для некоторых типов сердечника.

Материал сердечника	η (коэффициент)	φ (единицы Wb/m²)
Холоднокатаная текстурированная сталь, легированная кремнием (grain-oriented silicon steel), M5	0. 88	1.3
То же самое, толщина пластин 0.35 мм, M6	0.84	1.2
Обычная сталь, легированная кремнием, толщина пластин 0.5 мм, M7	0.82	1.1
Обычная кремниевая сталь (или сталь для повышенной прочности)	0.80	1.0
Мягкая низкоуглеродистая сталь (mild steel)	0.70	0.8

Чтобы упростить расчет трансформатора, ниже вставлен онлайн-калькулятор:

В этом калькуляторе уже учтены 5% для уменьшения площади сечения сердечника из-за их лакового покрытия.

[Шаг 2. Определение плотности магнитного потока в сердечнике]

После того, как были определены размеры сердечника, нужно определить плотность магнитного потока φ (греческая буква «phi»). Она тоже зависит от типа материала сердечника, и если Вы не знаете этот параметр, то можно снова воспользоваться таблицей 1. Если предполагается, что трансформатор будет непрерывно работать долгое время, или условия его работы подразумевают плохой теплообмен (плохую вентиляцию), то следует немного снизить плотность магнитного потока (например на 10%). Это снизит потери и трансформатор будет меньше нагреваться, но повысятся затраты на железо сердечника и медь для обмоток, хотя учет подобных затрат может быть важен только для промышленного производства, но не для радиолюбительской практики. Противоположное решение (без снижения плотности магнитного потока) может быть принято если важны затраты на материалы трансформатора, и только если трансформатор не предназначен для работы длительное время на полной мощности.

Как только плотность магнитного потока была определена, по следующей формуле можно вычислить константу трансформатора γ, выражающую количество витков на 1 вольт:

γ = 10⁶ * sqrt(2) / (2 * pi * f * φ * S)

Множитель 10⁶ учитывает, что площадь поперечного сечения сердечника S выражена в мм². Следует сделать еще несколько замечаний по этой формуле: например, низкие частоты требуют больше витков, и поэтому трансформаторы на 60 Гц обычно получаются меньшего размера, чем трансформаторы на 50 Гц. Таким образом, сниженная плотность магнитного потока (и сниженные потери в сердечнике) потребует больше витков, даже если это кажется парадоксальным. И конечно, чем больше размер сердечника, тем меньше требуется витков: если Вы когда-нибудь видели большие, мощные высоковольтные трансформаторы, используемые энергетическими компаниями для своих высоковольтных линий, то у них имеется всего лишь несколько сотен витков для преобразования многих киловольт, в то время как маленький трансформатор на 230V в Вашем маленьком будильнике содержит тысячи витков.

[Шаг 3. Вычисление числа витков]

Теперь мы знает константу трансформатора γ, и по ней можно очень просто вычислить количество витков N для каждой обмотки трансформатора в зависимости от напряжения обмотки U:

N = γ * U

Обратите внимание, что все напряжения и токи учитываются в СКЗ (эта аббревиатура соответствует английской RMS), в то время как плотность магнитного потока выражена в своем пиковом значении, чтобы избежать насыщения.

Этот факт объясняет наличие корня из 2 в формуле вычисления константы трансформатора γ.

Для вторичной обмотки хорошей практикой будет увеличить количество витков примерно на 5%, что скомпенсирует потери энергии в трансформаторе.

Чтобы упростить все расчеты, можно использовать следующий онлайн-калькулятор:

В этом калькуляторе уже учтена поправка 5% для количества витков вторичной обмотки.

Как уже отмечалось, количество витков в трансформаторе зависит от размеров сердечника и плотности магнитного потока в нем, но не от мощности трансформатора. Таким образом, если Ваш трансформатор требует больше одной вторичной обмотки, просто повторите описанное вычисление количества витков для каждой обмотки. Однако в этом случае может потребоваться выбор сердечника большего размера, чтобы на нем поместились все обмотки, или другими словами, следует выбирать размер сердечника по общей мощности, снимаемой со всех вторичных обмоток. Также используйте площадь сечения сердечника достаточно большую, чтобы трансформатор мог передавать требуемую мощность.

[Шаг 4. Как правильно выбрать провода для обмоток трансформатора]

На последнем шаге следует вычислить диаметр провода для каждой обмотки. Чтобы сделать это, для провода выбирается плотность тока c. Хорошим компромиссом будет выбор 2.5 A/мм². Если выбрать значение c меньше, то для обмоток понадобится больше меди, но в трансформаторе будет меньше потерь: этот вариант подойдет для мощных трансформаторов. Выбор значения c больше приведет к меньшим затратам на провод и удешевит трансформатор, но он будет больше нагреваться, и это может быть допустимо только когда трансформатор используется недолго на своей полной мощности, или на полной мощности понадобится дополнительное охлаждение. Обычно выбирают значение в диапазоне 2..3 A/мм

2. Как только была определена плотность тока в проводе, то диаметр провода может быть вычислен по следующей формуле:

d = 2 * sqrt( I / (pi * c) )

Или для c = 2.5 A/мм²:

d = 0. 72 * sqrt(I)

Чтобы упростить расчет диаметра провода, используйте следующий онлайн-калькулятор:

[Практика в изготовлении трансформатора]

Теперь, когда все вычисления завершены, начинаются сложности: поместятся ли вычисленные витки обмоток на выбранном сердечнике трансформатора? Ответ непростой, и зависит от множества факторов: сечения и вида провода, качества намотки (виток к витку или «внавал»), наличия и толщины изоляции между слоями обмотки и отдельными обмотками, и так далее. Другими словами, тут некоторый опыт окажется полезнее, чем множество уравнений.

Обычно сложно купить пустой сердечник трансформатора, и поэтому домашние проекты часто начинаются с перемотки старого трансформатора. Не все трансформаторы можно разобрать: некоторые сердечники проклеены смолой, которая слишком прочна, чтобы её удалить, не изгибая пластины сердечника. К счастью, многие трансформаторы можно разобрать, если снять с них верхний кожух, который скрепляет пластины. Кожух обычно снимается, если отогнуть или зашлифовать ушки крепления. Иногда сердечники имеют специальные не залитые краской винты, стягивающие сердечник, такой трансформатор разобрать проще всего. Каждая пластина сердечника должна быть аккуратно удалена, чтобы получить доступ к обмоткам трансформатора. Изогнутые или поцарапанные пластины сердечника следует выбросить, потому что они будут производить лишние потери и дополнительный шум в работе трансформатора.

Если получится, то можно использовать готовую первичную обмотку трансформатора, перемотав только вторичные обмотки. Это возможно, когда первичная обмотка намотана первой, и не закрывает собой вторичные обмотки трансформатора. В принятии решения, стоит ли перематывать или снимать конкретную обмотку, или она должна быть сохранена, полезно узнать количество витков этой обмотки, однако это невозможно, не разматывая её, если обмотка намотана в несколько слоев или «внавал». К счастью, есть трюк для определения количества витков обмоток: перед разборкой сердечника нужно намотать временную обмотку из малого количества витков изолированного провода (например, 10 витков), подключить трансформатор к сети, и измерить напряжение на полученной тестовой обмотке. По измеренному напряжению можно просто рассчитать количество витков на 1 вольт, и по нему достаточно точно вычислить количество витков каждой обмотки по её напряжению, без необходимости разматывать обмотки и считать их витки.

После того, как новые обмотки намотаны, время снова собрать трансформатор, поместив пластины сердечника на свое место. Бывает сложно без дополнительных усилий вернуть все пластины обратно на место, однако даже если одна или две пластины не будут вставлены, то все равно трансформатор будет нормально работать. Но по этой причине при выборе сердечника по площади поперечного сечения следует немного повысить требования к его размерам. Когда на трансформатор подано напряжение сети, важно, чтобы все пластины были при этом плотно сжаты или склеены друг с другом, иначе сердечник трансформатора будет вибрировать и издавать неприятный шум.

Многие трансформаторы имеют пластины сердечника в форме букв E и I (в России их называют Ш-образными сердечниками), наподобие таких, как показаны на картинке выше. Когда собираете трансформатор, такие пластины следует вставлять друг в друга с чередованием E-I на одном слое и I-E на следующем, и так далее. Это минимизирует воздушный зазор в магнитном потоке и повышает взаимосвязь обмоток.

Для обмоток всегда используйте эмалированный провод. Использовать провод в изоляции ПВХ (PVC, это обычные электрические провода) очень плохая идея, потому что слой изоляции у них слишком толстый, будет потеряно слишком много пространства под обмотки. Также ПВХ-изоляция очень плохо проводит тепло и может даже оплавиться, что приведет к замыканиям. Ваш трансформатор быстро перегреется и может выйти из строя.

Всегда размещайте слой изоляции между первичной и вторичной обмотками, чтобы снизить риск удара током при касании вторичных электрических цепей. Для изоляции используйте тонкие материалы, желательно негорючие, которые служат хорошим изолятором и проводником тепла. Часто для межвитковой изоляции используют лакоткань, слюду и пропитанную воском бумагу. Я использую ленту Каптона, и иногда обычную матерчатую изоленту.

Изоляция эмалированного провода хорошо выдерживает напряжение до 1000V (пиковое значение. Когда это возможно, обращайтесь к спецификации производителя. Если напряжение обмоток превышает это значение, то лучше поделить обмотку на несколько слоев, проложив изоляцию между ними.

[Общие выводы]

Самостоятельная намотка или перемотка трансформаторов требуется в специальных случаях ремонта, или когда требуется получить напряжения, которых нет в готовом трансформаторе. Но перед тем, как разбирать трансформатор, делать на нем новые обмотки и собирать его обратно, лучше всего провести некоторые расчеты, чтобы получить нужные результаты с первой попытки и не тратить лишнее время.

[Используемые символы]

Символ	Описание	Единица измерения
S	Площадь поперечного сечения	мм²
d	Диаметр провода	мм
f	Рабочая частота трансформатора	Гц
I	СКЗ тока обмотки	A
N	Количество витков обмотки	количество
P	Передаваемая трансформатором мощность	VA (Вт)
U	СКЗ напряжения обмотки	V
γ	Количество витков на 1 вольт	витков/V
η	Эффективность сердечника	коэффициент
φ	Плотность магнитного потока в сердечнике	Wb/m²

Примечание: 1 Wb/m² = 1 T = 10000 Gauss

[Ссылки]

1. Calculating mains frequency power transformers site:giangrandi.ch.
2. Coil and transformer calculator site:dicks-website.eu.
3. РАСЧЕТ СЕТЕВОГО ТРАНСФОРМАТОРА site:rcl-radio.ru.

Как рассчитать трансформатор, количество витков намотки на вольт. Габаритная мощность трансформатора. Диаметр провода обмотки.

В раздел: Советы → Расcчитать силовой трансформатор

Как рассчитать силовой трансформатор и намотать самому.
Можно подобрать готовый трансформатор из числа унифицированных типа ТН, ТА, ТНА, ТПП и других. А если Вам необходимо намотать или перемотать трансформатор под нужное напряжение, что тогда делать?
Тогда необходимо подобрать подходящий по мощности силовой трансформатор от старого телевизора, к примеру, трансформатор ТС-180 и ему подобные.
Надо четко понимать, что чем больше количества витков в первичной обмотке тем больше её сопротивление и поэтому меньше нагрев и второе, чем толще провод, тем больше можно получить силу тока, но это зависит от размеров сердечника — сможете ли разместить обмотку.
Что делаем далее, если неизвестно количество витков на вольт? Для этого необходим ЛАТР, мультиметр (тестер) и прибор измеряющий переменный ток — амперметр. Наматываем по вашему усмотрению обмотку поверх имеющейся, диаметр провода любой, для удобства можем намотать и просто монтажным проводом в изоляции.

Формула для расчета витков трансформатора

50/S

Сопутствующие формулы: P=U2*I2 Sсерд(см2)= √ P(ва) N=50/S I1(a)=P/220 W1=220*N W2=U*N D1=0,02*√i1(ma) D2=0,02*√i2(ma) K=Sокна/(W1*s1+W2*s2)

   50/S — это эмпирическая формула, где S — площадь сердечника трансформатора в см2 (ширину х толщину), считается, что она справедлива до мощности порядка 1кВт.
   Измерив площадь сердечника, прикидываем сколько надо витков намотать на 10 вольт, если это не очень трудно, не разбирая трансформатора наматываем контрольную обмотку через свободное пространство (щель). Подключаем лабораторный автотрансформатор к первичной обмотке и подаёте на неё напряжение, последовательно включаем контрольный амперметр, постепенно повышаем напряжение ЛАТР-ом, до начала появления тока холостого хода.
   Если вы планируете намотать трансформатор с достаточно «жёсткой» характеристикой, к примеру, это может быть усилитель мощности передатчика в режиме SSB, телеграфном, где происходят довольно резкие броски тока нагрузки при высоком напряжении ( 2500 -3000 в), например, тогда ток холостого хода трансформатора устанавливаем порядка 10% от максимального тока, при максимальной нагрузке трансформатора. Замерив полученное напряжение, намотанной вторичной контрольной обмотки, делаем расчет количества витков на вольт.
Пример: входное напряжение 220вольт, измеренное напряжение вторичной обмотки 7,8 вольта, количество витков 14.

Рассчитываем количества витков на вольт
14/7,8=1,8 витка на вольт.

Если нет под рукой амперметра, то вместо него можно использовать вольтметр, замеряя падение напряжение на резисторе, включенного в разрыв подачи напряжения к первичной обмотке, потом рассчитать ток из полученных измерений.

Вариант 2 расчета трансформатора.
Зная необходимое напряжение на вторичной обмотке (U2) и максимальный ток нагрузки (Iн), трансформатор рассчитывают в такой последовательности:

Определяют значение тока, протекающего через вторичную обмотку трансформатора:
I2 = 1,5 Iн,
где: I2 — ток через обмотку II трансформатора, А;
Iн — максимальный ток нагрузки, А.
2. Определяем мощность, потребляемую выпрямителем от вторичной обмотки трансформатора:
P2 = U2 * I2,
где: P2 — максимальная мощность, потребляемая от вторичной обмотки, Вт;
U2 — напряжение на вторичной обмотке, В;
I2 — максимальный ток через вторичную обмотку трансформатора, А.
3. Подсчитываем мощность трансформатора:
Pтр = 1,25 P2,
где: Pтр — мощность трансформатора, Вт;
P2 — максимальная мощность, потребляемая от вторичной обмотки трансформатора, Вт.
Если трансформатор должен иметь несколько вторичных обмоток, то сначала подсчитывают их суммарную мощность, а затем мощность самого трансформатора.
4. Определяют значение тока, текущего в первичной обмотке:
I1 = Pтр / U1,
где: I1 — ток через обмотку I, А;
Ртр — подсчитанная мощность трансформатора, Вт;
U1 — напряжение на первичной обмотке трансформатора (сетевое напряжение).

5. Рассчитываем необходимую площадь сечения сердечника магнитопровода:
S = 1,3 Pтр,
где: S — сечение сердечника магнитопровода, см2;
Ртр — мощность трансформатора, Вт.
6. Определяем число витков первичной (сетевой) обмотки:
w1 = 50 U1 / S,
где: w1 — число витков обмотки;
U1 — напряжение на первичной обмотке, В;
S — сечение сердечника магнитопровода, см2.
7. Подсчитывают число витков вторичной обмотки:
w2 = 55 U2 / S,
где: w2 — число витков вторичной обмотки;
U2 — напряжение на вторичной обмотке, В;
S-сечение сердечника магнитопровода, см2.
8. Высчитываем диаметр проводов обмоток трансформатора:
d = 0,02 I,
где: d-диаметр провода, мм;
I-ток через обмотку, мА.

Ориентировочный диаметр провода для намотки обмоток трансформатора в таблице 1.

							Таблица 1
Iобм, ma	<25	25 — 60	60 — 100	100 — 160	160 — 250	250 — 400	400 — 700	700 — 1000
d, мм	0,1	0,15	0,2	0,25	0,3	0,4	0,5	0,6

После выполнения расчетов, приступаем к выбору самого трансформаторного железа, провода для намотки и изготовление каркаса на которой намотаем обмотки. Для прокладки изоляции между слоями обмоток приготовим лакоткань, суровые нитки, лак, фторопластовую ленту. Учитываем тот факт, что Ш — образный сердечник имеют разную площадь окна, поэтому будет не лишним провести расчет проверки: войдут ли они на выбранный сердечник. Перед намоткой производим расчет — поместится ли обмотки на выбранный сердечник.
Для расчета определения возможности размещения нужного количества обмоток:
1. Ширину окна намотки делим на диаметр наматываемого провода, получаем количество витков наматываемый
на один слой — N¹.
2. Рассчитываем сколько необходимо слоев для намотки первичной обмотки, для этого разделим W1 (количество витков первичной обмотки) на N¹.
3. Рассчитаем толщину намотки слоев первичной обмотки. Зная количество слоев для намотки первичной обмотки умножаем на диаметр наматываемого провода, учитываем толщину изоляции между слоями.
4. Подобным образом считаем и для всех вторичных обмоток.
5. После сложения толщин обмоток делаем вывод: сможем ли мы разместить нужное количество витков всех обмоток на каркасе трансформатора.

Еще один способ расчета мощности трансформатора по габаритам.
Ориентировочно посчитать мощность трансформатора можно используя формулу:
P=0.022*S*С*H*Bm*F*J*Кcu*КПД;
P — мощность трансформатора, В*А;
S — сечение сердечника, см²
L, W — размеры окна сердечника, см;
Bm — максимальная магнитная индукция в сердечнике, Тл;
F — частота, Гц;
Кcu — коэффициент заполнения окна сердечника медью;
КПД — коэффициент полезного действия трансформатора;
Имея в виду что для железа максимальная индукция составляет 1 Тл.
Варианты значений для подсчета мощности трансформатора КПД = 0,9, f =50, B = 1 — магнитная индукция [T], j =2.5 — плотность тока в проводе обмоток [A/кв.мм] для непрерывной работы, KПД =0,45 — 0,33.

Если вы располагаете достаточно распространенным железом — трансформатор ОСМ-0,63 У3 и им подобным, можно его перемотать?
Расшифровка обозначений ОСМ: О — однофазный, С — сухой, М — многоцелевого назначения.
По техническим характеристикам он не подходит в для включения однофазную сеть 220 вольт т.к. рассчитан на напряжение первичной обмотки 380 вольт.
Что же в этом случае делать?
Имеется два пути решения.
1. Смотать все обмотки и намотать заново.
2. Смотать только вторичные обмотки и оставить первичную обмотку, но так как она рассчитана на 380В, то с нее необходимо смотать только часть обмотки оставив на напряжение 220в.
При сматывании первичной обмотки получается примерно 440 витков (380В) когда сердечник Ш-образной формы, а когда сердечник трансформатора ОСМ намотан на ШЛ данные другие — количество витков меньше.
Данные первичных обмоток на 220в трансформаторов ОСМ Минского электротехнического завода 1980 год.

0,063 — 998 витков, диаметр провода 0,33 мм
0,1 — 616 витков, диаметр провода 0,41 мм
0,16 — 490 витков, диаметр провода 0,59 мм
0,25 — 393 витка, диаметр провода 0,77 мм
0,4 — 316 витков, диаметр провода 1,04 мм
0,63 — 255 витков, диаметр провода 1,56 мм
1,0 — 160 витков, диаметр провода 1,88 мм

ОСМ 1,0 (мощность 1 кВт), вес 14,4кг. Сердечник 50х80мм. Iхх-300ма

Подключение обмоток трансформаторов ТПП

Рассмотрим на примере ТПП-312-127/220-50 броневой конструкции, параллельное включение вторичных обмоток.

В зависимости от напряжения в сети подавать напряжение на первичную обмотку можно на выводы 2-7, соединив между собой выводы 3-9, если повышенное — то на 1-7 (3-9 соединить) и т.д. На схеме подключение показано случае пониженного напряжение в сети.
Часто возникает необходимость применять унифицированные трансформаторы типа ТАН, ТН, ТА, ТПП на нужное напряжение и для получения необходимой нагрузочной способности, а простым языком нам надо подобрать, к примеру, трансформатор со вторичной обмоткой 36 вольт и чтобы он отдавал 4 ампера под нагрузкой, первичная конечно 220 вольт.
Как подобрать трансформатор?
С начало определяем необходимую мощность трансформатора, нам необходим трансформатор мощностью 150 Вт.
Входное напряжение однофазное 220 вольт, выходное напряжение 36 вольт.
После подбора по техническим данным определяем, что в данном случае нам больше всего подходит трансформатор марки ТПП-312-127/220-50 с габаритной мощностью 160 Вт (ближайшее значение в большую сторону ), трансформаторы марки ТН и ТАН в данном случае не подходят.
Вторичные обмотки ТПП-312 имеют по три раздельные обмотки напряжением 10,1в 20,2в и 5,05в, если соединить их последовательно 10,1+20,2+5,05=35,35 вольт, то получаем напряжение на выходе почти 36 вольт. Ток вторичных обмоток по паспорту составляет 2,29А, если соединить две одинаковые обмотки параллельно, то получим нагрузочную способность 4,58А (2,29+2,29).
После выбора нам только остается правильно соединить выходные обмотки параллельно и последовательно.
Последовательно соединяем обмотки для включения в сеть 220 вольт. Последовательно включаем вторичные обмотки, набирая нужное напряжение по 36В на обеих половинках трансформатора и соединяем их параллельно для получения удвоенного значения нагрузочной способности.
Самое важное, правильно соединить обмотки при параллельном и последовательном включении, как первичной так и вторичной обмоток.

Если неправильно включить обмотки трансформатора, то он будет гудеть и перегреваться, что потом приведет его к преждевременному выходу из строя.

По такому же принципу можно подобрать готовый трансформатор на практически любое напряжение и ток, на мощность до 200 Вт, конечно, если напряжение и ток имеют более или менее стандартные величины.
Разные вопросы и советы.
   1. Проверяем готовый трансформатор, а у него ток первичной обмотки оказывается завышенным, что делать? Чтобы не перематывать и не тратить лишнее время домотайте поверх еще одну обмотку, включив ее последовательно с первичной.
   2. При намотке первичной обмотки когда мы делаем большой запас, чтобы уменьшить ток холостого хода, то учитывайте, что соответственно уменьшается и КПД транса.
   3. Для качественной намотки, если применен провод диаметром от 0,6 и выше , то его обязательно надо выпрямить, чтоб он не имел малейшего изгиба и плотно ложился при намотке, зажмите один конец провода в тиски и протяните его с усилием через сухую тряпку, далее наматывайте с нужным усилием, постепенно наматывая слой за слоем. Если приходится делать перерыв, то предусмотрите фиксацию катушки и провода, иначе придется делать все заново. Порой подготовительные работы занимают много времени, но это того стоит для получения качественного результата.
   4. Для практического определения количества витков на вольт, для попавшегося железа в сарае, можно намотать на сердечник проводом обмотку. Для удобства лучше наматывать кратное 10, т.е. 10 витков, 20 витков или 30 витков, больше наматывать не имеет большого смысла. Далее от ЛАТРа постепенно подаем напряжение его увеличивая от 0 и пока не начнет гудеть испытываемый сердечник, вот это и является пределом. Далее делим полученное напряжение подаваемое от ЛАТРа на количество намотанных витков и получаем число витков на вольт, но это значение немного увеличиваем. На практике лучше домотать дополнительную обмотку с отводами для подбора напряжения и тока холостого хода.
   5. При разборке — сборке броневых сердечников обязательно помечайте половинки, как они прилегают друг к другу и собирайте их в обратном порядке, иначе гудение и дребезжание вам обеспечено. Иногда гудения избежать не удается даже при правильной сборке, поэтому рекомендуется собрать сердечник и скрепить чем либо (или собрать на столе, а сверху через кусок доски приложить тяжелый груз), подать напряжение и попробовать найти удачное положение половинок и только потом окончательно закрепить. Помогает и такой совет, поместить готовый собранный трансформатор в лак и потом хорошо просушить при температуре до полного высыхания (иногда используют эпоксидную смолу, склеивая торцы и просушка до полной полимеризации под тяжестью).

Соединение обмоток отдельных трансформаторов

Иногда необходимо получить напряжение нужной величины или ток большей величины, а в наличии имеются готовые отдельные унифицированные трансформаторы, но на меньшее напряжение чем нужно, встает вопрос: а можно ли отдельные трансформаторы включать вместе, чтобы получить нужный ток или величину напряжения?
Для того чтобы получить от двух трансформаторов постоянное напряжение, к примеру 600 вольт постоянного тока, то необходимо иметь два трансформатора которые бы после выпрямителя выдавали бы 300 вольт и после соединив их последовательно два источника постоянного напряжения получим на выходе 600 вольт.

РАСЧЕТ СИЛОВОГО ТРАНСФОРМАТОРА

силовой трансформатор радиотехнические расчеты радио калькулятор

РАСЧЕТ СИЛОВОГО ТРАНСФОРМАТОРА

В радиолюбительской практике иногда возникает необходимость в изготовлении трансформатора с нестандартными значениями напряжения и тока.

Хорошо, если удается подобрать готовый трансформатор с нужными обмотками, в противном случае трансформатор приходится изготавливать самостоятельно.

Эта страничка посвящена изготовлению силового трансформатора своими силами. В промышленных условиях расчет трансформатора — весьма трудоемкая работа, но для радиолюбителей созданы упрощенные методики расчета. С одной из таких методик я и хочу вас познакомить.

Перед началом расчета нам нужно определиться с выходными данными будущего трансформатора.

Во-первых - номинальная мощность (P). Мощность трансформатора определяется как сумма мощностей всех вторичных обмоток. Мощность любой из вторичных обмоток определяем из произведения напряжения на вторичной обмотке и снимаемого с нее тока (напряжение для расчета берем в Вольтах, а ток — в Амперах).

Исходя из полученной номинальной мощности трансформатора можно вычислить минимальное сечение сердечника (S) (измеряется в квадратных сантиметрах). При выборе сердечника руководствуются шириной центральной пластины сердечника и толщиной набора. Площадь сечения сердечника определяется как произведение ширины пластины на толщину набора.

S серд = L*T (все величины берутся в Сантиметрах!)

S окна = h*b

Также полезно сразу рассчитать площадь окна выбранного нами сердечника. Эта величина будет использоваться для проверки коэффициента заполнения окна ( проще говоря — поместятся все обмотки на данном трансформаторе, или нет).

Далее — приступаем к вычислению коэффициента N. Этот коэффициент показывает, сколько витков нужно намотать для получения напряжения на обмотке в 1 вольт.

Дальнейший расчет сводится к умножению напряжения на обмотке на это коэффициент (N). Эта процедура для всех обмоток одинакова.

Далее — рассчитываем рабочий ток в сетевой обмотке исходя из мощности трансформатора и сетевого напряжения.

Диаметр провода в обмотках рассчитывается по приведенным формулам (ток берется в Миллиамперах !). Иногда не удается приобрести провод нужного сечения (но есть провод меньшего диаметра) — для этого случая полезно воспользоваться следующей табличкой:

Как пользоваться табличкой? Предположим, в результате расчета диаметр провода обмотки у нас получился равным 0,51 миллиметра. Для получения эквивалентного по сечению провода нам нужно взять либо 2 провода, диаметром 0,31 миллиметра, либо 3 провода с диаметром 0,29 миллиметров. Соответственно, обмотка будет состоять не из расчетного провода, а из нескольких, вместе сложенных проводов меньшего сечения. Надеюсь, что пример довольно понятный для понимания…

В конце расчета проверяем коэффициент заполнения окна обмотками. Если этот коэффициент не превышает 0,5 — всё в порядке — можно приступать к намотке, в противном случае придется использовать сердечник с большей площадью сечения и произвести весь расчет заново…

Сборка сердечника у силового трансформатора производится «в перекрышку» — так как показано на рисунке внизу:

Если у вас найдется готовый силовой трансформатор с номинальной мощностью не ниже, чем необходимо, то можно сетевую обмотку не перематывать, а ограничиться расчетом только вторичной обмотки.

Для примера : нам нужен силовой трансформатор для зарядки автомобильного аккумулятора с номинальным током зарядки 5 ампер.

Таким образом - мощность такого трансформатора должна быть не менее 90 ватт (18 вольт помноженное на 5 ампер).

В данном случае можно использовать силовой трансформатор типа ТС180 от лампового черно-белого телевизора. Переделка такого трансформатора сводится только к перемотке вторичной обмотки. Данный трансформатор изготовлен с применением так называемого «О» - образного сердечника и имеет две катушки. Все обмотки такого трансформатора разделены пополам и наматываются на обе катушки. Для переделки разбираем аккуратно сердечник (предварительно пометив одну из сторон сердечника, так как половинки при сборке трансформатора пришлифовываются друг к другу), сматываем все обмотки, кроме помеченных цифрами 1-3. Во время сматывания накальной обмотки (она намотана самым толстым проводом) нужно сосчитать число витков. Полученное число витков делим на 6,5 - получаем количество витков обмотки данного трансформатора на 1 вольт. Затем умножаем это число на 18 и получаем нужное число витков вторичной обмотки. По формуле рассчитываем диаметр провода вторичной обмотки. При данном токе обмотки диаметр провода должен быть не менее, чем 1,42 миллиметра. Если вы найдете такой провод, то вторичную обмотку нужно разделить на 2 части и наматывать на каждый каркас, после чего соединить обмотки последовательно. Можно использовать провод меньшего диаметра (например 1,0 миллиметра). В этом случае на каждый каркас наматываем полное число витков и обмотки соединяем параллельно.

Ниже приведена табличка для изготовления силового трансформатора с «типовыми» размерами сердечника:

Пользование табличкой, думаю, не составит трудностей. ..

Расчет тороидального сетевого трансформатора

Исходные данные для расчета: напряжение/ток всех вторичных обмоток. Исходя из этих данных получаем минимальную габаритную мощность трансформатора. Пример: нужен трансформатор с двумя вторичными обмотками . Первая — на 14 вольт при токе в 1 ампер, вторая — 30 вольт при токе 0,05 ампера. Получаем сумму мощности во вторичных обмотках (14*1)+(30*0,05)=15,5 ватт. Главный качественный показатель силового трансформатора для радиоаппаратуры — это его надежность. Следствие надежности — это минимальный нагрев трансформатора при работе и минимальная просадка выходных напряжений под нагрузкой (иными словами, трансформатор должен быть «жестким»).
В расчетах примем КПД трансформатора 0,95 . Учитывая то, что нам нужен надежный трансформатор, и учитывая то, что напряжение в сети может иметь отклонения от 220 вольт до 10%, принимаем В=1,2 Тл
Плотность тока принимаем 3,5 А/мм2
Коэффициент заполнения сердечника сталью принимаем 0,95
Коэффициент заполнения окна принимаем 0,45
Исходя из принятых допущений, формула для расчета габаритной мощности у нас примет вид:

Р=1. 9 * Sc * So

Далее считаем количество витков первичной (сетевой) обмотки — оно равно n1=40 * 220 / Sc
Где: Sc — площадь поперечного сечения сердечника, соответственно [кв. см]; 220 — напряжение первичной обмотки [В]; Количество витков во вторичных обмотках считаем по той же формуле, но учитываем падение напряжения под нагрузкой — добавляем примерно 5 % к расчитанному количеству.

Диаметр провода всех обмоток расчитываем по формулам

— для меди

— для алюминия

многократно проверенный расчет сетевого трансформатора

2. Расчет сетевого (силового) трансформатора.

Классический расчет трансформатора достаточно сложен и требует знания почти всех характеристик, которые мы не можем знать, т.к. для использования мы берем всегда случайно попавший к нам сердечник. Поэтому, здесь для расчета трансфор-матора предлагается эмпирический метод, многократно проверенный радиолюби-телями и основанный на практическом применении.
Рис.1. Трансформатор. Общий вид и условное обозначение.

Чтобы не загружать данную страницу, вы можете почитать о принципе действия трансформатора, о параметрах и характеристиках отдельно.
Для расчета сетевого трансформатора необходимо знать исходные данные, а именно напряжения и токи каждой обмотки. Первым шагом является определение суммарной мощности, которая вычисляется как сумма мощностей, потребляемой каждой об-моткой (мощность — это произведение тока на напряжение), поэтому:
,где U1I1, U2I2 и т.д. — произведения напряжений и то-ков вторичных обмоток (здесь ток — это максимальный ток нагрузки). Теперь определяем габаритную мощность, которая получается при делении на КПД:

КПД заранее знать нельзя, но ее можно определить по таблице 1:

Наиболее распространенные две формы сердечника:

Рис. 2. Формы сердечника трансформатора и расположение катушек на сердечнике

Зная габаритную мощность трансформатора, находим сечение рабочего керна его сердечника, на котором находится катушка:

S — получается в квадратных сантиметрах.
Теперь находим ширину рабочего керна сердечника по формуле:

По полученному значению а (см.) выбираем из имеющихся в наличии сердечников данное значение (можно больше), и находим толщину пакета с (см.):

Теперь определяем количество витков, приходящихся на 1 вольт напряжения:

Коэффициент К обычно лежит в пределах от 35 до 60. В первую очередь он зави-сит от свойств пластин стали сердечника. Для стали толщиной 0,35 мм, для сер-дечников С-образной формы, витых из тонкой стали, К=35. Для сердечников О-образной формы, собранный из П- или Г-образных пластин без отверстий по уг-лам, берем К=40. Если применяются пластины типа Ш без отверстий, то К=45, с отверстиями К=50. Для пластин Ш-образной формы с отверстиями, толщиной 0,35 мм, К=60. Т.е. значением К можно варьировать, но учитывать, что уменьшение К облегчает намотку, но ужесточает работу трансформатора. При применении плас-тин из высококачественной стали этот коэффициент можно немного уменьшить, а при низком качестве нужно увеличить.
Теперь можно найти количество витков первичной обмотки:

Для определения количества витков вторичной обмотки, необходимо вводить до-полнительный коэффициент m, учитывающий падение напряжения на ней:

Коэффициент m зависит от силы тока, протекающего по данной обмотке, табл.2:

Диаметр проводов вторичных обмоток можно найти:

где d-диаметр провода по меди, мм; I-сила тока в обмотке, А; p-коэффициент, учитывающий допустимый нагрев, зависящий от марки провода, табл. 3:

Силу тока в первичной обмотке можно определить так:

Пример расчета.
Нужно рассчитать трансформатор со следующими данными:
U1=6,3В, I1=1,5А; U2=12В, I2=0,3А; U3=120В, I3=0,059А. Находим суммарную мощность: Рсумм=6,3*1,5+12*0,3+120*0,059=20,13 Вт. С помощью табл.1 определяем габаритную мощ-ность: Рг=20,13/0,85=23,7 Вт. Находим сечение трансформатора:

Находим приближенное значение ширины рабочего керна:

Выбираем пластины трансформатора типа Ш-19, для которых а=1,9 см, и находим толщину пакета:
с=S/a=5,84/1,9=3,1 см.
Фактически полученное сечение рабочего керна сердечника:
S=ac=1,9*3,1=5,89 см2.
Определяем коэффициент К. Допустим, что используются пластины трансформа-торной стали типа Ш-19 без отверстий по углам. Тогда К=45.
Находим количество витков на 1 В:
n=K/S=45/5,89=7,64.
Определяем количество витков первичной обмотки при питании от сети напряжением 220 В:
WI=UI*n=220*7,64=1680 витков.
Находим из табл. 3 коэффициент m для каждой из вторичных обмоток:
при I1=1,5A, m1=1,04;
при I2=0,3A, m2=1,02;
при I3=0,059A, m3=1,00.
Определяем количество витков каждой из вторичных обмоток с округлением до ближайшего целого числа:
W1=m1U1n=1,04*6,3*7,64=50 витков;
W2=m2U2n=1,02*12*7,64=94 витков;
W3=m3U3n=1,00*120*7,64=917 витков;
Находим силу тока в первичной обмотке:
I1=Pг/Uсети=23,7/220=0,108 А.
Находим диаметр провода первичной обмотки:

Находим диаметры проводов вторичных обмоток. Для этого составляем таблицу намоточных данных, где диаметры проводов по меди выбраны из ближайших больших стандартных значений, а диаметры проводов в изоляции взяты на 10% больше, чем диаметры проводов по меди, табл. 4.

Многократно проверенный расчет сетевого трансформатора. Все.

Определение габаритной мощности трансформатора по железу. Как узнать мощность трансформатора? Определение мощности силового трансформатора

Определение мощности силового трансформатора

Как узнать мощность трансформатора?

Для изготовления трансформаторных блоков питания необходим силовой однофазный трансформатор, который понижает переменное напряжение электросети 220 вольт до необходимых 12-30 вольт, которое затем выпрямляется диодным мостом и фильтруется электролитическим конденсатором. Эти преобразования электрического тока необходимы, поскольку любая электронная аппаратура собрана на транзисторах и микросхемах, которым обычно требуется напряжение не более 5-12 вольт.

Чтобы самостоятельно собрать блок питания. начинающему радиолюбителю требуется найти или приобрести подходящий трансформатор для будущего блока питания. В исключительных случаях можно изготовить силовой трансформатор самостоятельно. Такие рекомендации можно встретить на страницах старых книг по радиоэлектронике.

Но в настоящее время проще найти или купить готовый трансформатор и использовать его для изготовления своего блока питания.

Полный расчёт и самостоятельное изготовление трансформатора для начинающего радиолюбителя довольно сложная задача. Но есть иной путь. Можно использовать бывший в употреблении, но исправный трансформатор. Для питания большинства самодельных конструкций хватит и маломощного блока питания, мощностью 7-15 Ватт.

Если трансформатор приобретается в магазине, то особых проблем с подбором нужного трансформатора, как правило, не возникает. У нового изделия обозначены все его главные параметры, такие как мощность . входное напряжение . выходное напряжение . а также количество вторичных обмоток, если их больше одной.

Но если в ваши руки попал трансформатор, который уже поработал в каком-либо приборе и вы хотите его вторично использовать для конструирования своего блока питания? Как определить мощность трансформатора хотя бы приблизительно? Мощность трансформатора весьма важный параметр, поскольку от него напрямую будет зависеть надёжность собранного вами блока питания или другого устройства. Как известно, потребляемая электронным прибором мощность зависит от потребляемого им тока и напряжения, которое требуется для его нормальной работы. Ориентировочно эту мощность можно определить, умножив потребляемый прибором ток (I н на напряжение питания прибора (U н ). Думаю, многие знакомы с этой формулой ещё по школе.

Рассмотрим определение мощности трансформатора на реальном примере. Тренироваться будем на трансформаторе ТП114-163М. Это трансформатор броневого типа, который собран из штампованных Ш-образных и прямых пластин. Стоит отметить, что трансформаторы такого типа не самые лучшие с точки зрения коэффициента полезного действия (КПД ). Но радует то, что такие трансформаторы широко распространены, часто применяются в электронике и их легко найти на прилавках радиомагазинов или же в старой и неисправной радиоаппаратуре. К тому же стоят они дешевле тороидальных (или, по-другому, кольцевых) трансформаторов, которые обладают большим КПД и используются в достаточно мощной радиоаппаратуре.

Итак, перед нами трансформатор ТП114-163М. Попробуем ориентировочно определить его мощность. За основу расчётов примем рекомендации из популярной книги В.Г. Борисова «Юный радиолюбитель».

Для определения мощности трансформатора необходимо рассчитать сечение его магнитопровода. Применительно к трансформатору ТП114-163М, магнитопровод – это набор штампованных Ш-образных и прямых пластин выполненных из электротехнической стали. Так вот, для определения сечения необходимо умножить толщину набора пластин (см. фото) на ширину центрального лепестка Ш-образной пластины.

При вычислениях нужно соблюдать размерность. Толщину набора и ширину центрального лепестка лучше мерить в сантиметрах. Вычисления также нужно производить в сантиметрах. Итак, толщина набора изучаемого трансформатора составила около 2 сантиметров.

Далее замеряем линейкой ширину центрального лепестка. Это уже задача посложнее. Дело в том, что трансформатор ТП114-163М имеет плотный набор и пластмассовый каркас. Поэтому центральный лепесток Ш-образной пластины практически не видно, он закрыт пластиной, и определить его ширину довольно трудно.

Ширину центрального лепестка можно замерить у боковой, самой первой Ш-образной пластины в зазоре между пластмассовым каркасом. Первая пластина не дополняется прямой пластиной и поэтому виден край центрального лепестка Ш-образной пластины. Ширина его составила около 1,7 сантиметра. Хотя приводимый расчёт и является ориентировочным . но всё же желательно как можно точнее проводить измерения.

Перемножаем толщину набора магнитопровода (2 см .) и ширину центрального лепестка пластины (1,7 см .). Получаем сечение магнитопровода – 3,4 см 2. Далее нам понадобиться следующая формула.

где S — площадь сечения магнитопровода; P тр — мощность трансформатора; 1,3 — усреднённый коэффициент.

После нехитрых преобразований получаем упрощённую формулу для расчёта мощности трансформатора по сечению его магнитопровода. Вот она.

Подставим в формулу значение сечения S = 3,4 см 2 . которое мы получили ранее.

В результате расчётов получаем ориентировочное значение мощности трансформатора

7 Ватт. Такого трансформатора вполне достаточно, чтобы собрать блок питания для монофонического усилителя звуковой частоты на 3-5 ватт, например, на базе микросхемы усилителя TDA2003.

Вот ещё один из трансформаторов. Маркирован как PDPC24-35. Это один из представителей трансформаторов — «малюток». Трансформатор очень миниатюрный и, естественно, маломощный. Ширина центрального лепестка Ш-образной пластины составляет всего 6 миллиметров (0,6 см.).

Толщина набора пластин всего магнитопровода – 2 сантиметра. По формуле мощность данного мини-трансформатора получается равной около 1 Вт.

Данный трансформатор имеет две вторичные обмотки, максимально допустимый ток которых достаточно мал, и составляет десятки миллиампер. Такой трансформатор можно использовать только лишь для питания схем с малым потреблением тока.

9zip.ru Ламповый звук hi-end и ретро электроника Онлайн-калькулятор расчёта по размерам магнитопровода габаритной мощности трансформатора

Ни для кого не секрет, что радиолюбители частенько самостоятельно мотают трансформаторы под свои нужды. Ведь не всегда найдётся, например, готовый сетевой трансформатор. Более актуальным этот вопрос становится, когда нужен анодно-накальный или выходной трансформатор для лампового усилителя. Здесь остаётся лишь запастись проволокой и подобрать хорошие сердечники.

Достать нужный магнитопровод порой оказывается непросто и приходится выбирать из того, что есть. Для быстрого расчёта габаритной мощности был написан приведённый здесь онлайн калькулятор. По размерам сердечника можно быстро провести все необходимые расчёты, которые выполняются по приведённой ниже формуле, для двух типов: ПЛ и ШЛ.

Введите размеры магнитопровода сердечника трансформатора. При необходимости подкорректируйте остальные значения. Внизу Вы увидите рассчитанную габаритную мощность трансформатора, который можно сделать на таком сердечнике, по формуле:

И небольшой FAQ:

Можно ли использовать железо от трансформаторов бесперебойников для изготовления выходных трансформаторов?

В этих трансформаторах пластины имеют толщину 0,5мм, что не приветствуется в аудио. Но при желании — можно. При расчётах выходников следует исходить из параметров 0,5Тл на частоте 30Гц. При расчётах же силовиков на этом железе следует задавать не более 1,2Тл.

Можно ли использовать пластины от разных трансформаторов?

Если они одинаковые по размерам, то можно. Для этого следует смешать их.

Как правильно собирать магнитопровод?

Для однотактного выходника можно две крайние Ш-пластины поставить с противоположной стороны, как часто сделано в заводских ТВЗ. В промежуток через бумажку уложить I-пластины, на 2 штуки меньше. Взяв трансформатор так, чтобы I-пластины оказались снизу, с лёгким ударом поместить его на толстую ровную металлическую плиту. Это можно делать несколько раз, контролируя процесс измерителем индуктивности, чтобы получить одинаковую пару трансформаторов.

Как определить мощность трансформатора по магнитопроводу?

Для двухтактных усилителей нужно разделить габаритную мощность железа на 6-7. Для однотактных — на 10-12 для триода и на 20 для тетрода-пентода.

Как стягивать силовой трансформатор, нужно ли клеить магнитопровод?

Если хочется склеить, то применяем жидкий клей. Подаём на первичную обмотку постоянку 5-15 вольт, чтобы получить ток около 0,2А. При этом подковы стянутся без деформации. После этого можно надеть бандаж, аккуратно затянуть и оставить, пока клей не высохнет.

Как снять лак, которым покрыты трансформаторы бесперебойников?

Замочить на пару дней в ацетоне или проварить пару часов в воде. После этого лак должен сниматься. Механическое снимание лака недопустимо, т.к. появятся заусенцы и пластины будут коротить между собой.

Годятся ли эти трансформаторы куда-нибудь без разборки и перемотки?

Если на них есть дополнительная обмотка (около 30 вольт), то, соединив её последовательно с первичной, можно получить мощный накальный трансформатор. Но нужно смотреть ток холостого хода, т.к. эти трансформаторы не предназначены для длительной работы и часто намотаны не так, как нам бы хотелось.

Типы магнитопроводов силовых трансформаторов.

Магнитопровод низкочастотного трансформатора состоит из стальных пластин. Использование пластин вместо монолитного сердечника уменьшает вихревые токи, что повышает КПД и снижает нагрев.

Магнитопроводы вида 1, 2 или 3 получают методом штамповки.
Магнитопроводы вида 4, 5 или 6 получают путём навивки стальной ленты на шаблон, причём магнитопроводы типа 4 и 5 затем разрезаются пополам.

1, 4 – броневые,
2, 5 – стержневые,
6, 7 – кольцевые.

Чтобы определить сечение магнитопровода, нужно перемножить размеры «А» и «В». Для расчётов в этой статье используется размер сечения в сантиметрах.

Трансформаторы с витыми стержневым поз.1 и броневым поз.2 магнитопроводами.

Трансформаторы с штампованными броневым поз.1 и стержневым поз.2 магнитопроводами.

Трансформаторы с витыми кольцевыми магнитопроводами.

Как определить габаритную мощность трансформатора.

Габаритную мощность трансформатора можно приблизительно определить по сечению магнитопровода. Правда, ошибка может составлять до 50%, и это связано с рядом факторов. Габаритная мощность напрямую зависит от конструктивных особенностей магнитопровода, качества и толщины используемой стали, размера окна, величины индукции, сечения провода обмоток и даже качества изоляции между отдельными пластинами.

Чем дешевле трансформатор, тем ниже его относительная габаритная мощность.
Конечно, можно путём экспериментов и расчетов определить максимальную мощность трансформатора с высокой точностью, но смысла большого в этом нет, так как при изготовлении трансформатора, всё это уже учтено и отражено в количестве витков первичной обмотки.
Так что, при определении мощности, можно ориентироваться по площади сечения набора пластин проходящего через каркас или каркасы, если их две штуки.

P = B * S² / 1,69

Где:
P – мощность в Ваттах,
B – индукция в Тесла,
S – сечение в см²,
1,69 – постоянный коэффициент.

Сначала определяем сечение, для чего перемножаем размеры А и Б.

S = 2,5 * 2,5 = 6,25 см²

Затем подставляем размер сечения в формулу и получаем мощность. Индукцию я выбрал 1,5Tc, так как у меня броневой витой магнитопровод.

P = 1,5 * 6,25² / 1,69 = 35 Ватт

Если требуется определить необходимую площадь сечения манитопровода исходя из известной мощности, то можно воспользоваться следующей формулой:

S = ²√ (P * 1,69 / B)

Нужно вычислить сечение броневого штампованного магнитопровода для изготовления трансформатора мощностью 50 Ватт.

S = ²√ (50 * 1,69 / 1,3) = 8см²

О величине индукции можно справиться в таблице. Не стоит использовать максимальные значения индукции, так как они могут сильно отличаться для магнитопроводов различного качества.

Максимальные ориентировочные значения индукции.

В этих случаях следует пользоваться электрооборудованием, рассчитанным на пониженное напряжение питания, не более 42 вольт.
Можно пользоваться электрическим фонарем с батарейным питанием или воспользоваться понижающим трансформатором с 220 вольт на 36 вольт.

В качестве примера давайте рассчитаем и изготовим однофазный силовой трансформатор 220/36 вольт.
Для освещения таких помещений подойдет электрическая лампочка на 36 Вольт и мощностью 25 — 60 Ватт. Такие лампочки с цоколем под стандартный патрон продаются в магазинах электро-товаров.

Если вы найдете лампочку другой мощности, например на 40 ватт. нет ничего страшного — подойдет и она. Просто наш трансформатор будет выполнен с запасом по мощности.

СДЕЛАЕМ УПРОЩЕННЫЙ РАСЧЕТ ТРАНСФОРМАТОРА 220/36 ВОЛЬТ.

Мощность во вторичной цепи: Р2 = U2 I2 = 60 ватт

Где:
Р2 – мощность на выходе трансформатора, нами задана 60 ватт;
U2 — напряжение на выходе трансформатора, нами задано 36 вольт;
I2 — ток во вторичной цепи, в нагрузке.

КПД трансформатора мощностью до 100 ватт обычно равно не более &51; = 0,8 .
КПД определяет, какая часть мощности потребляемой от сети идет в нагрузку. Оставшаяся часть идет на нагрев проводов и сердечника. Эта мощность безвозвратно теряется.

Определим мощность потребляемую трансформатором от сети с учетом потерь:

Р1 = Р2 / &51; = 60 / 0,8 = 75 ватт.

Мощность передается из первичной обмотки во вторичную через магнитный поток в магнитопроводе. Поэтому от значения Р1. мощности потребляемой от сети 220 вольт. зависит площадь поперечного сечения магнитопровода S.

Магнитопровод – это сердечник Ш – образной или О – образной формы, набранный из листов трансформаторной стали. На сердечнике будет располагаться каркас с первичной и вторичной обмотками.

Площадь поперечного сечения магнитопровода рассчитывается по формуле:

Где:
S — площадь в квадратных сантиметрах,
P1 — мощность первичной сети в ваттах.

S = 1,2 √75 = 1,2 8,66 = 10,4 см².

По значению S определяется число витков w на один вольт по формуле:

В нашем случае площадь сечения сердечника равна S = 10,4 см.кв.

w = 50 / 10,4 = 4,8 витка на 1 вольт.

Рассчитаем число витков в первичной и вторичной обмотках.

Число витков в первичной обмотке на 220 вольт:

W1 = U1 w = 220 4.8 = 1056 витка.

Число витков во вторичной обмотке на 36 вольт:

W2 = U2 w = 36 4,8 = 172.8 витков, округляем до 173 витка.

В режиме нагрузки может быть заметная потеря части напряжения на активном сопротивлении провода вторичной обмотки. Поэтому для них рекомендуется число витков брать на 5-10 % больше рассчитанного. Возьмем W2 = 180 витков.

Величина тока в первичной обмотке трансформатора:

I1 = P1 / U1 = 75 / 220 = 0,34 ампера.

Ток во вторичной обмотке трансформатора:

I2 = P2 / U2 = 60 / 36 = 1,67 ампера.

Диаметры проводов первичной и вторичной обмоток определяются по значениям токов в них исходя из допустимой плотности тока, количества ампер на 1 квадратный миллиметр площади проводника. Для трансформаторов плотность тока, для медного провода, принимается 2 А/мм² .

При такой плотности тока диаметр провода без изоляции в миллиметрах определяется по формуле:

Для первичной обмотки диаметр провода будет:

d1 = 0,8 √I 1 = 0,8 √0,34 = 0,8 * 0,58 = 0,46 мм. Возьмем 0,5 мм.

Диаметр провода для вторичной обмотки:

d2 = 0,8 √I 2 = 0,8 √1,67 = 0,8 * 1,3 = 1,04 мм. Возьмем 1,1 мм.

ЕСЛИ НЕТ ПРОВОДА НУЖНОГО ДИАМЕТРА. то можно взять несколько, соединенных параллельно, более тонких проводов. Их суммарная площадь сечения должна быть не менее той, которая соответствует рассчитанному одному проводу.

Площадь поперечного сечения провода определяется по формуле:

где: d — диаметр провода.

Например: мы не смогли найти провод для вторичной обмотки диаметром 1,1 мм.

Площадь поперечного сечения провода диаметром 1,1 мм равна:

s = 0,8 d² = 0,8 1,1² = 0,8 1,21 = 0,97 мм²

Округлим до 1,0 мм² .

Из таблицы выбираем диаметры двух проводов сумма площадей поперечного сечения которых равна 1.0 мм².

Например, это два провода диаметром по 0,8 мм. и площадью по 0,5 мм².

Или два провода:

Первый диаметром 1,0 мм. и площадью сечения 0,79 мм² ,
— второй диаметром 0,5 мм. и площадью сечения 0,196 мм² .
что в сумме дает: 0,79 + 0,196 = 0,986 мм² .

Намотка катушки ведется двумя проводами одновременно, строго выдерживается равное количество витков обоих проводов. Начала этих проводов соединяются между собой. Концы этих проводов также соединяются.
Получается как бы один провод с суммарным поперечным сечением двух проводов.

Программа для расчета силовых трансформаторов Trans50Hz v.3.7.0.0.

Простейший расчет силового трансформатора позволяет найти сечение сердечника, число витков в обмотках и диаметр провода. Переменное напряжение в сети бывает 220 В, реже 127 В и совсем редко 110 В. Для транзисторных схем нужно постоянное напряжение 10 — 15 В, в некоторых случаях, например для мощных выходных каскадов усилителей НЧ — 25÷50 В. Для питания анодных и экранных цепей электронных ламп чаще всего используют постоянное напряжение 150 — 300 В, для питания накальных цепей ламп переменное напряжение 6,3 В. Все напряжения, необходимые для какого-либо устройства, получают от одного трансформатора, который называют силовым.

Силовой трансформатор выполняется на разборном стальном сердечнике из изолированных друг от друга тонких Ш-образных, реже П-образных пластин, а так же вытыми ленточными сердечниками типа ШЛ и ПЛ (Рис. 1).

Его размеры, а точнее, площадь сечения средней части сердечника выбираются с учетом общей мощности, которую трансформатор должен передать из сети всем своим потребителям.

Упрощенный расчет устанавливает такую зависимость: сечение сердечника S в см², возведенное в квадрат, дает общую мощность трансформатора в Вт.

Например, трансформатор с сердечником, имеющим стороны 3 см и 2 см (пластины типа Ш-20, толщина набора 30 мм), то есть с площадью сечения сердечника 6 см², может потреблять от сети и «перерабатывать» мощность 36 Вт. Это упрощенный расчет дает вполне приемлемые результаты. И наоборот, если для питания электрического устройства нужна мощность 36 Вт, то извлекая квадратный корень из 36, узнаем, что сечение сердечника должно быть 6 см².

Например, должен быть собран из пластин Ш-20 при толщине набора 30 мм, или из пластин Ш-30 при толщине набора 20 мм, или из пластин Ш-24 при толщине набора 25 мм и так далее.

Сечение сердечника нужно согласовать с мощностью для того, чтобы сталь сердечника не попадала в область магнитного насыщения. А отсюда вывод: сечение всегда можно брать с избытком, скажем, вместо 6 см² взять сердечник сечением 8 см² или 10 см². Хуже от этого не будет. А вот взять сердечник с сечением меньше расчетного уже нельзя т. к. сердечник попадет в область насыщения, а индуктивность его обмоток уменьшится, упадет их индуктивное сопротивление, увеличатся токи, трансформатор перегреется и выйдет из строя.

В силовом трансформаторе несколько обмоток. Во-первых, сетевая, включаемая в сеть с напряжением 220 В, она же первичная.

Кроме сетевых обмоток, в сетевом трансформаторе может быть несколько вторичных, каждая на свое напряжение. В трансформаторе для питания ламповых схем обычно две обмотки — накальная на 6,3 В и повышающая для анодного выпрямителя. В трансформаторе для питания транзисторных схем чаще всего одна обмотка, которая питает один выпрямитель. Если на какой-либо каскад или узел схемы нужно подать пониженное напряжение, то его получают от того же выпрямителя с помощью гасящего резистора или делителя напряжения.

Число витков в обмотках определяется по важной характеристике трансформатора, которая называется «число витков на вольт», и зависит от сечения сердечника, его материала, от сорта стали. Для распространенных типов стали можно найти «число витков на вольт», разделив 50-70 на сечение сердечника в см:

Так, если взять сердечник с сечением 6 см², то для него получится «число витков на вольт» примерно 10.

Число витков первичной обмотки трансформатора определяется по формуле:

Это значит, что первичная обмотка на напряжение 220 В будет иметь 2200 витков.

Число витков вторичной обмотки определяется формулой:

Если понадобится вторичная обмотка на 20 В, то в ней будет 240 витков.

Теперь выбираем намоточный провод. Для трансформаторов используют медный провод с тонкой эмалевой изоляцией (ПЭЛ или ПЭВ). Диаметр провода рассчитывается из соображений малых потерь энергии в самом трансформаторе и хорошего отвода тепла по формуле:

Если взять слишком тонкий провод, то он, во-первых, будет обладать большим сопротивлением и выделять значительную тепловую мощность.

Так, если принять ток первичной обмотки 0,15 А, то провод нужно взять 0,29 мм.

Еще записи по теме

Иногда приходится самостоятельно изготовлять силовой трансформатор для выпрямителя. В этом случае простейший расчет силовых трансформаторов мощностью до 100-200 Вт проводится следующим образом.

Зная напряжение и наибольший ток, который должна давать вторичная обмотка (U2 и I2), находим мощность вторичной цепи: При наличии нескольких вторичных обмоток мощность подсчитывают путем сложения мощностей отдельных обмоток.

Мощность передается из первичной обмотки во вторичную через магнитный поток в сердечнике. Поэтому от значения мощности Р1 зависит площадь поперечного сечения сердечника S, которая возрастает при увеличении мощности. Для сердечника из нормальной трансформаторной стали можно рассчитать S по формуле:

где s — в квадратных сантиметрах, а Р1 — в ваттах.

По значению S определяется число витков w» на один вольт. При использовании трансформаторной стали

Если приходится делать сердечник из стали худшего качества, например из жести, кровельного железа, стальной или железной проволоки (их надо предварительно отжечь, чтобы они стали мягкими), то следует увеличить S и w» на 20-30 %.

В режиме нагрузки может быть заметная потеря части напряжения на сопротивлении вторичных обмоток. Поэтому для них рекомендуется число витков брать на 5-10 % больше рассчитанного.

Ток первичной обмотки

Диаметры проводов обмоток определяются по значениям токов и исходя из допустимой плотности тока, которая для трансформаторов принимается в среднем 2 А/мм2. При такой плотности тока диаметр провода без изоляции любой обмотки в миллиметрах определяется по табл. 1 или вычисляется по формуле:

Когда нет провода нужного диаметра, то можно взять несколько соединенных параллельно более тонких проводов. Их суммарная площадь сечения должна быть не менее той, которая соответствует рассчитанному одному проводу. Площадь поперечного сечения провода определяется по табл. 1 или рассчитывается по формуле:

Для обмоток низкого напряжения, имеющих небольшое число витков толстого провода и расположенных поверх других обмоток, плотность тока можно увеличить до 2,5 и даже 3 А/мм2, так как эти обмотки имеют лучшее охлаждение. Тогда в формуле для диаметра провода постоянный коэффициент вместо 0,8 должен быть соответственно 0,7 или 0,65.

В заключение следует проверить размещение обмоток в окне сердечника. Общая площадь сечения витков каждой обмотки находится (умножением числа витков w на площадь сечения провода, равную 0,8d2из, где dиз — диаметр провода в изоляции. Его можно определить по табл. 1, в которой также указана масса провода. Площади сечения всех обмоток складываются. Чтобы учесть ориентировочно неплотность намотки, влияние каркаса изоляционных прокладок между обмотками и их слоями, нужно найденную площадь увеличить в 2-3 раза. Площадь окна сердечника не должна быть меньше значения, полученного из расчета.

В качестве примера рассчитаем силовой трансформатор для выпрямителя, питающего некоторое устройство с электронными лампами. Пусть трансформатор должен иметь обмотку высокого напряжения, рассчитанную на напряжение 600 В и ток 50 мА, а также обмотку для накала ламп, имеющую U = 6,3 В и I = 3 А. Сетевое напряжение 220 В.

Определяем общую мощность вторичных обмоток:

Мощность первичной цепи

Находим площадь сечения сердечника из трансформаторной стали:

Число витков на один вольт

Ток первичной обмотки

Число витков и диаметр проводов обмоток равны:

Для первичной обмотки

Для повышающей обмотки

Для обмотки накала ламп

Предположим, что окно сердечника имеет площадь сечения 5×3 = 15 см2 или 1500 мм2, а у выбранных проводов диаметры с изоляцией следующие: d1из = 0,44 мм; d2из = 0,2 мм; d3из = 1,2 мм.

Проверим размещение обмоток в окне сердечника. Находим площади сечения обмоток:

Для первичной обмотки

Для повышающей обмотки

Для обмотки накала ламп

Общая площадь сечения обмоток составляет примерно 430 мм2.

Как видно, она в три с лишним раза меньше площади окна и, следовательно, обмотки разместятся.

Расчет автотрансформатора имеет некоторые особенности. Его сердечник надо рассчитывать не на полную вторичную мощность Р2, а только на ту ее часть, которая передается магнитным потоком и может быть названа трансформируемой мощностью Рт.

Эта мощность определяется по формулам:

Для повышающего автотрансформатора

Для понижающего автотрансформатора, причем

Если автотрансформатор имеет отводы и будет работать при различных значениях n, то в расчете надо брать значение п, наиболее отличающееся от единицы, так как в этом случае значение Рт будет наибольшее и надо, чтобы сердечник мог передать такую мощность.

Затем определяется расчетная мощность Р, которая может быть принята равной 1,15 Рт. Множитель 1,15 здесь учитывает КПД автотрансформатора, который обычно несколько выше, чем у трансформатора. Д

алее применяются формулы расчета площади сечения сердечника (по мощности Р), числа витков на вольт, диаметров проводов, указанные выше для трансформатора. При этом надо иметь в виду, что в части обмотки, являющейся общей для первичной и вторичной цепей, ток равен I1 — I2, если автотрансформатор повышающий, и I2 — I1 если он понижающий.

В домашнем хозяйстве бывает необходимо оборудовать освещение в сырых помещениях: подвале или погребе и т.д. Эти помещения имеют повышенную степень опасности поражения электрическим током.
В этих случаях следует пользоваться электрооборудованием рассчитанным на пониженное напряжение питания, не более 42 вольт .
Можно пользоваться электрическим фонарем с батарейным питанием или воспользоваться понижающим трансформатором с 220 вольт на 36 вольт.
Рассчитаем и изготовим однофазный силовой трансформатор 220/36 вольт, с выходным напряжением 36 вольт с питанием от электрической сети переменного тока напряжением 220 вольт.

Для освещения таких помещений подойдет электрическая лампочка на 36 Вольт и мощностью 25 — 60 Ватт. Такие лампочки с цоколем под обыкновенный электропатрон продаются в магазинах электротоваров.
Если вы найдете лампочку на другую мощнось, например на 40 ватт , нет ничего страшного — подойдет и она. Просто трансформатор будет выполнен с запасом по мощности.

СДЕЛАЕМ УПРОЩЕННЫЙ РАСЧЕТ ТРАНСФОРМАТОРА 220/36 ВОЛЬТ.

Мощность во вторичной цепи: Р_2 = U_2 · I_2 = 60 ватт

Где:
Р_2 – мощность на выходе трансформатора, нами задана 60 ватт ;
U _2 — напряжение на выходе трансформатора, нами задано 36 вольт ;
I _2 — ток во вторичной цепи, в нагрузке.

КПД трансформатора мощностью до 100 ватт обычно равно не более η = 0,8 .
КПД определяет, какая часть мощности потребляемой от сети идет в нагрузку. Оставшаяся часть идет на нагрев проводов и сердечника. Эта мощность безвозвратно теряется.
Определим мощность потребляемую трансформатором от сети с учетом потерь:

Р_1 = Р_2 / η = 60 / 0,8 = 75 ватт .

Мощность передается из первичной обмотки во вторичную через магнитный поток в магнитопроводе.Поэтому от значения Р_1 , мощности потребляемой от сети 220 вольт, зависит площадь поперечного сечения магнитопровода S .

Магнитопровод – это сердечник Ш – образной или О – образной формы, набранный из листов трансформаторной стали. На сердечнике будут располагаться первичная и вторичная обмотки провода.

Площадь поперечного сечения магнитопровода рассчитывается по формуле:

S = 1,2 · √P_1.

Где:
S — площадь в квадратных сантиметрах,
P _1 — мощность первичной сети в ваттах.

S = 1,2 · √75 = 1,2 · 8,66 = 10,4 см².

По значению S определяется число витков w на один вольт по формуле:

w = 50/S

В нашем случае площадь сечения сердечника равна S = 10,4 см.кв.

w = 50/10,4 = 4,8 витка на 1 вольт.

Рассчитаем число витков в первичной и вторичной обмотках.

Число витков в первичной обмотке на 220 вольт:

W1 = U_1 · w = 220 · 4.8 = 1056 витка.

Число витков во вторичной обмотке на 36 вольт:

W2 = U_2 · w = 36 · 4,8 = 172.8 витков ,

округляем до 173 витка .

Величина тока в первичной обмотке трансформатора:

I_1 = P_1/U_1 = 75/220 = 0,34 ампера .

Ток во вторичной обмотке трансформатора:

I_2 = P_2/U_2 = 60/36 = 1,67 ампера.

Диаметры проводов первичной и вторичной обмоток определяются по значениям токов в них исходя из допустимой плотности тока, количества ампер на 1 квадратный миллиметр площади проводника. Для трансформаторов плотность тока, для медного провода, принимается 2 А/мм² .

При такой плотности тока диаметр провода без изоляции в миллиметрах определяется по формуле: d = 0,8√I .

Для первичной обмотки диаметр провода будет:

d_1 = 0,8 · √1_1 = 0,8 · √0,34 = 0,8 · 0,58 = 0,46 мм. Возьмем 0,5 мм .

Диаметр провода для вторичной обмотки:

d_2 = 0,8 · √1_2 = 0,8 · √1,67 = 0,8 · 1,3 = 1,04 мм. Возьмем 1,1 мм.

ЕСЛИ НЕТ ПРОВОДА НУЖНОГО ДИАМЕТРА, то можно взять несколько, соединенных параллельно, более тонких проводов. Их суммарная площадь сечения должна быть не менее той, которая соответствует рассчитанному одному проводу.

Площадь поперечного сечения провода определяется по формуле:

s = 0,8 · d².

где : d — диаметр провода .

Например: мы не смогли найти провод для вторичной обмотки диаметром 1,1 мм.

Площадь поперечного сечения провода диаметром 1,1 мм. равна:

s = 0,8 · d² = 0,8 · 1,1² = 0,8 · 1,21 = 0,97 мм² .

Округлим до 1,0 мм².

Из таблицы выбираем диаметры двух проводов сумма площадей сечения которых равна 1.0 мм².

Например, это два провода диаметром по 0,8 мм . и площадью по0,5 мм² .

Или два провода:
— первый диаметром 1,0 мм . и площадью сечения 0,79 мм² ,
— второй диаметром 0,5 мм . и площадью сечения 0,196 мм² .
что в сумме дает: 0,79 + 0,196 = 0,986 мм².

Получается как бы один провод с суммарным поперечным сечением двух проводов.

Смотрите статьи:
— «Как намотать трансформатор на Ш-образном сердечнике».
— «Как изготовить каркас для Ш — образного сердечника».

Электрический аппарат — трансформатор используется для преобразования поступающего переменного напряжения в другое — исходящее, к примеру: 220 В в 12 В (конкретно это преобразование достигается использованием понижающего трансформатора). Прежде чем разбираться с тем, как рассчитать трансформатор, вы в первую очередь должны обладать знаниями о его структуре.

Простейший трансформатор является компоновкой магнитопровода и обмоток 2-х видов: первичной и вторичной, специально намотанных на него. Первичная обмотка воспринимает подающееся переменное напряжение от сети (н-р: 220 В), а вторичная обмотка, посредством индуктивной связи создает другое переменное напряжение. Разность витков в обмотках влияет на выходное напряжение.

Расчет ш-образного трансформатора

Рассмотрим на примере процесс расчета обычного Ш-образного трансформатора. Предположим, даны параметры: сила тока нагрузки i2=0,5А, выходное напряжение (напряжение вторичной обмотки) U2=12В, напряжение в сети U1=220В.
Первым показателем определяется мощность на выходе: P2=U2ˣi2=12ˣ0,5=6 (Вт). Это значит, что подобная мощность предусматривает использование магнитопровода сечением порядка 4 см² (S=4).
Потом определяют количество витков, необходимых для одного вольта. Формула для данного вида трансформатора такая: К=50/S=50/4=12,5 (витков/вольт).
Затем, определяют количество витков в первичной обмотке: W1=U1ˣK=220ˣ12,5=2750 (витков). А затем количество витков, расположенных во вторичной обмотке: W2=U2ˣK=12ˣ12,5=150.
Силу тока, возникающую в первичной обмотке, рассчитайте так: i1=(1,1×P2)/U1=(1,1×6)/220=30мА.Это позволит рассчитать размер диаметра провода, заложенного в первичную обмотку и не оснащенного изоляцией. Известно, что максимальная сила тока для провода из меди равна 5-ти амперам на мм², из чего следует, что: d1=5А/(1/i1)=5A/(1/0,03А)=0,15 (мм).
Последним действием будет расчет диаметра провода вторичной обмотки с использованием формулы d2=0,025ˣ√i2 , причем значение i2 используется в миллиамперах (мА): d2=0,025ˣ22,4=0,56 (мм).

Как рассчитать мощность трансформатора

Напряжение, имеющееся на вторичной обмотке, и max ток нагрузки узнайте заранее. Затем умножьте коэффициент 1,5 на ток максимальной нагрузки (измеряемый в амперах). Так вы определите обмотку второго трансформатора (также в амперах).
Определите мощность, которую расходует выпрямитель от вторичной обмотки рассчитываемого трансформатора: умножьте максимальный ток, проходящий через нее на напряжение вторичной обмотки.
Подсчитайте мощность трансформатора посредством умножения максимальной мощности на вторичной обмотке на 1,25.

Если вам необходимо определить мощность трансформатора, который потребуется для конкретных целей, то нужно суммировать мощность установленных энергопотребляющих приборов с 20%-ми, для того, чтобы он имел запас. Например, если у вас имеется 10м светодиодной полосы, потребляющей 48 ватт, то вам необходимо к этому числу прибавить 20%. Получится 58 ватт – минимальная мощность трансформатора, который нужно будет установить.

Как рассчитать трансформатор тока

Основной характеризующей чертой трансформатора является коэффициент трансформации, который указывает, насколько изменятся основные параметры тока, вследствие его прохождения через это устройство.

Если коэффициент трансформации превышает 1, значит, трансформатор является понижающим, а если меньше этого показателя, то повышающим.

Обычный трансформатор образован из двух катушек. Определитесь с количеством витков катушек N1 и N2, которые соединены магнитопроводом. Узнайте коэффициент трансформации k посредством деления количества витков первичной катушки N1, подключенной к источнику тока, на число витков катушки N2, к которой подключена нагрузка: k=N1/N2.
Проведите измерение электродвижущей силы (ЭДС) на обоих трансфорсматорных обмотках ε1 и ε2, если отсутствует возможность узнать число витков в них. Сделать это можно так: к источнику тока подключите первичную обмотку. Получится так называемый холостой ход. Используя тестер, определите напряжение на каждой обмотке. Оно будет соответствовать ЭДС измеряемой обмотки. Не забывайте, что возникающие потери энергии из-за сопротивления обмоток настолько малы, что ими можно пренебречь. Коэффициент трансформации рассчитывается через отношение ЭДС первичной обмотки к ЭДС вторичной: k= ε1/ε2.
Узнайте коэффициент трансформации находящегося в работе трансформатора, когда потребитель присоединен к вторичной обмотке. Определите его путем деления тока в первичной I1 обмотке, на возникший ток во вторичной I2 обмотке. Измерьте ток посредством последовательного присоединения тестера (переключенного в режим работы амперметра) к обмоткам: k=I1/I2.

Чтобы самостоятельно собрать блок питания , начинающему радиолюбителю требуется найти или приобрести подходящий трансформатор для будущего блока питания. В исключительных случаях можно изготовить силовой трансформатор самостоятельно. Такие рекомендации можно встретить на страницах старых книг по радиоэлектронике.

Если трансформатор приобретается в магазине, то особых проблем с подбором нужного трансформатора, как правило, не возникает. У нового изделия обозначены все его главные параметры, такие как мощность , входное напряжение ,выходное напряжение , а также количество вторичных обмоток, если их больше одной.

P=U н * I н

Где U н – напряжение в вольтах; I н – ток в амперах; P – мощность в ваттах.

Ширину центрального лепестка можно замерить у боковой, самой первой Ш-образной пластины в зазоре между пластмассовым каркасом. Первая пластина не дополняется прямой пластиной и поэтому виден край центрального лепестка Ш-образной пластины. Ширина его составила около 1,7 сантиметра. Хотя приводимый расчёт и являетсяориентировочным , но всё же желательно как можно точнее проводить измерения.

Перемножаем толщину набора магнитопровода (2 см .) и ширину центрального лепестка пластины (1,7 см .). Получаем сечение магнитопровода – 3,4 см 2 . Далее нам понадобиться следующая формула.

Где S — площадь сечения магнитопровода; P тр — мощность трансформатора; 1,3 — усреднённый коэффициент.

Подставим в формулу значение сечения S = 3,4 см 2 , которое мы получили ранее.

В результате расчётов получаем ориентировочное значение мощности трансформатора ~ 7 Ватт. Такого трансформатора вполне достаточно, чтобы собрать блок питания для монофонического усилителя звуковой частоты на 3-5 ватт, например, на базе микросхемы усилителя TDA2003.

В быту и технике широко применяется низковольтная аппаратура. Этот факт требует использования устройств, понижающих стандартное напряжение до необходимого уровня. Нужно создать прибор, который соответствует предъявляемым нормам. Перед электриком встаёт задача, как определить мощность трансформатора. Знание элементарных физических законов помогает решить проблему.

Теория и история

Латинское слово transformare переводится на русский язык как «превращение». Трансформатор предназначен для изменения уровня входного напряжения на определённую величину. Устройство состоит из одной или нескольких обмоток на замкнутом магнитопроводе. Катушки наматываются из алюминиевого или медного провода. Сердечник набирается из пластин с повышенными ферромагнитными свойствами.

Первичная обмотка присоединяется к электрической сети переменного тока. Во вторичную обмотку включается устройство, которому требуется напряжение другой величины.

После подключения к трансформатору питания в магнитопроводе появляется замкнутый магнитный поток, который индуцирует в каждой катушке переменную электродвижущую силу. Закон Фарадея гласит, что ЭДС равна скорости изменения магнитного потока, который проходит через электромагнитный контур. Знак «минус» указывает на противоположность направлений магнитного поля и ЭДС.

Формула e = − n (∆Ф ∕ ∆ t) объединяет следующие понятия:

Электродвижущая сила e, исчисляемая в вольтах.
Количество витков n в индукторе.
Магнитный поток Ф, единица измерения которого называется вебером.
Время t, необходимое для одной фазы изменения магнитного поля.

Учитывая незначительность потерь в катушке индуктивности, ЭДС приравнивается к напряжению в обмотке. Отношение напряжений в первичной и вторичной обмотке равно отношению количества витков в двух катушках. Отсюда выводится формула трансформатора:

K ≈ U ₁ ∕ U ₂ ≈ n ₁ ∕ n ₂.

Коэффициент K всегда больше единицы. В трансформаторе изменяется только напряжение и сила тока. Умноженные друг на друга, они определяют мощность прибора, постоянную величину для конкретного устройства. Соотношение тока и напряжения в обмотках раскрывает формула:

K = n₁ ∕ n₂ = I ₂ ∕ I₁ = U₁ ∕ U₂.

Иначе говоря, во сколько раз уменьшено напряжение во вторичной обмотке в сравнении с напряжением в первичной катушке, во столько раз сила тока во вторичной катушке больше тока в первичной обмотке. Различное напряжение устанавливается количеством витков в каждом индукторе. Формула, описывающая коэффициент K, объясняет, как рассчитать трансформатор.

Трансформатор предназначен для работы в цепи переменного напряжения. Постоянный ток не индуцирует ЭДС в магнитопроводе, и электрическая энергия не передаётся в другую обмотку.

Ещё в 1822 году Фарадей озаботился мыслью, как превратить магнетизм в электрический ток. Многолетние исследования приводят к созданию цикла статей, в которых описывалось физическое явление электромагнитной индукции. Фундаментальный труд публиковался в научном журнале английского Королевского общества.

Суть опытов состояла в том, что исследователь намотал два куска медной проволоки на кольцо из железа. К одной из катушек подключался постоянный ток. Гальванометр, соединённый с контактами другой обмотки, фиксировал кратковременное появление напряжения. Чтобы восстановить индукцию, экспериментатор отключал источник питания, а затем вновь замыкал контакты на батарею.

Работу Майкла Фарадея высоко оценило научное сообщество Великобритании. В 1832 году физик удостоился престижной награды. За выдающиеся работы в области электромагнетизма учёный награждён медалью Копли.

Однако устройство, собранное Фарадеем, ещё трудно назвать трансформатором. Аппарат, который действительно преобразовывал напряжение и ток, запатентован в Париже 30 ноября 1876 года. В 80-х годах позапрошлого столетия автор изобретения и конструктор трансформатора П. Н. Яблочков жил во Франции. В это же время выдающийся русский электротехник представил миру и прообраз прожектора — «свечу Яблочкова».

Расчёт параметров прибора

Иногда в руки к электрику попадает прибор без описания технических характеристик. Тогда специалист определяет мощность трансформатора по сечению магнитопровода. Площадь сечения находится перемножением ширины и толщины сердечника. Полученное число возводится в квадрат. Результат укажет на примерную мощность устройства.

Желательно, чтобы площадь магнитопровода немного превышала расчётное значение. Иначе тело сердечника попадёт в область насыщения магнитного поля, что приведёт к падению индуктивности и сопротивления катушки. Этот процесс увеличит уровень проходящего тока, вызовет перегрев устройства и поломку.

Практический расчёт силового трансформатора не займёт много времени. Например, перед домашним мастером стоит задача осветить рабочий уголок в гараже. В помещении имеется бытовая розетка на 220 В, в которую необходимо подключить светильник с лампой мощностью 40 Вт на 36 В. Требуется рассчитать технические параметры понижающего трансформатора.

Определение мощности

Во время работы устройства неизбежны тепловые потери. При нагрузке, не превышающей 100 Вт, коэффициент полезного действия равен 0,8. Истинная потребная мощность трансформатора P₁ определяется делением мощности лампы P₂ на КПД:

P₁ = P₂ ∕ μ = 40 ∕ 0‚8 = 50

Округление осуществляется в бо́льшую сторону. Результат 50 Вт.

Вычисление сечения сердечника

От мощности трансформатора зависят размеры магнитопровода. Площадь сечения определяется следующим образом.

S = 1‚2∙√P₁ = 1‚2∙ 7‚07 = 8‚49

Поперечное сечение сердечника должно иметь площадь не менее 8‚49 см².

Расчёт количества витков

Площадь магнитопровода помогает определить количество витков провода на 1 вольт напряжения:

n = 50 ∕ S = 50 ∕ 8‚49 = 5‚89.

Разности потенциалов в один вольт будут соответствовать 5‚89 оборотам провода вокруг сердечника. Поэтому первичная обмотка с напряжением 220 В состоит из 1296 витков, а для вторичной катушки потребуется 212 витков. Во вторичной обмотке происходят потери напряжения, вызванные активным сопротивлением провода. Вследствие этого специалисты рекомендуют увеличить количество витков в выходной катушке на 5−10%. Скорректированное число витков будет равно 233.

Токи в обмотках

Следующий этап — нахождение силы тока в каждой обмотке, которое вычисляется делением мощности на напряжение. После нехитрых подсчётов получается требуемый результат.

В первичной катушке I₁ = P₁ ∕ U₁ = 50 ∕ 220 = 0‚23 ампера, а во вторичной катушке I₂ = P₂ ∕ U₂ = 40 ∕ 36 = 1‚12 ампера.

Диаметр провода

Расчёт обмоток трансформатора завершается определением толщины провода, сечение которого вычисляется по формуле: d = 0‚8 √ I. Слой изоляции в расчёт не берётся. Проводник входной катушки должен иметь диаметр:

d₁ = 0‚8 √I₁ =0‚8 √0‚23 = 0‚8 ∙ 0‚48 = 0‚38.

Для намотки выходной обмотки потребуется провод с диаметром:

d₂ = 0‚8 √I₂ =0‚8 √1‚12 = 0‚8 ∙ 1‚06 = 0‚85.

Размеры определены в миллиметрах. После округления получается, что первичная катушка наматывается проволокой толщиной 0‚5 мм, а на вторичную обмотку подойдёт провод в 1 мм.

Виды и применение трансформаторов

Области использования трансформаторов разнообразны. Устройства, повышающие напряжение, эксплуатируются в промышленных целях для транспортировки электроэнергии на значительные расстояния. Понижающие трансформаторы используются в радиоэлектронике и для подсоединения бытовой техники.

Некоторые народные умельцы, недовольные пониженным напряжением в сети, рискуют включать бытовые приборы через повышающий трансформатор. Спонтанный скачок напряжения может привести к тому, что яркий комнатный свет заменит очень яркое пламя пожара.

По задачам, которые решает трансформатор, приборы делятся на основные виды:

Любое изменение параметров электричества в цепи связано с трансформатором. Специалисту, проектирующему электронные схемы, необходимо знание природы электромагнетизма. Технология расчёта обмоток трансформатора основана на базовых формулах физики.

Электротехнику, занятому рутинным делом намотки трансформатора, стоит помянуть добрым словом дядюшку Фарадея, который открыл замечательный закон электромагнитной индукции. Глядя на готовое устройство, следует также вспомнить великого соотечественника, русского изобретателя Павла Николаевича Яблочкова.

Типы магнитопроводов силовых трансформаторов.

Магнитопроводы бывают:

1, 4 – броневые,
2, 5 – стержневые,
6, 7 – кольцевые.

Трансформаторы с витыми стержневым поз.1 и броневым поз.2 магнитопроводами.

Трансформаторы с штампованными броневым поз.1 и стержневым поз.2 магнитопроводами.

Трансформаторы с витыми кольцевыми магнитопроводами.

Как определить габаритную мощность трансформатора.

P = B * S² / 1,69

Где:
P – мощность в Ваттах,
B – индукция в Тесла,
S – сечение в см²,
1,69 – постоянный коэффициент.

Пример:

Сначала определяем сечение, для чего перемножаем размеры А и Б.

S = 2,5 * 2,5 = 6,25 см²

P = 1,5 * 6,25² / 1,69 = 35 Ватт

S = ²√ (P * 1,69 / B)

Пример:

S = ²√ (50 * 1,69 / 1,3) = 8см²

Максимальные ориентировочные значения индукции.

В этих случаях следует пользоваться электрооборудованием, рассчитанным на пониженное напряжение питания, не более 42 вольт .
Можно пользоваться электрическим фонарем с батарейным питанием или воспользоваться понижающим трансформатором с 220 вольт на 36 вольт .

В качестве примера давайте рассчитаем и изготовим однофазный силовой трансформатор 220/36 вольт.
Для освещения таких помещений подойдет электрическая лампочка на 36 Вольт и мощностью 25 — 60 Ватт . Такие лампочки с цоколем под стандартный патрон продаются в магазинах электро-товаров.

Если вы найдете лампочку другой мощности, например на 40 ватт , нет ничего страшного — подойдет и она. Просто наш трансформатор будет выполнен с запасом по мощности.

СДЕЛАЕМ УПРОЩЕННЫЙ РАСЧЕТ ТРАНСФОРМАТОРА 220/36 ВОЛЬТ.

Мощность во вторичной цепи: Р2 = U2 I2 = 60 ватт

Где:
Р2 – мощность на выходе трансформатора, нами задана 60 ватт ;
U2 — напряжение на выходе трансформатора, нами задано 36 вольт ;
I2 — ток во вторичной цепи, в нагрузке.

КПД трансформатора мощностью до 100 ватт обычно равно не более η = 0,8 .
КПД определяет, какая часть мощности потребляемой от сети идет в нагрузку. Оставшаяся часть идет на нагрев проводов и сердечника. Эта мощность безвозвратно теряется.

Определим мощность потребляемую трансформатором от сети с учетом потерь:

Р1 = Р2 / η = 60 / 0,8 = 75 ватт.

Мощность передается из первичной обмотки во вторичную через магнитный поток в магнитопроводе. Поэтому от значения Р1 , мощности потребляемой от сети 220 вольт , зависит площадь поперечного сечения магнитопровода S .

Площадь поперечного сечения магнитопровода рассчитывается по формуле:

S = 1,2 √P1

Где:
S — площадь в квадратных сантиметрах,
P1 — мощность первичной сети в ваттах.

S = 1,2 √75 = 1,2 8,66 = 10,4 см².

По значению S определяется число витков w на один вольт по формуле:

w = 50 / S

В нашем случае площадь сечения сердечника равна S = 10,4 см.кв .

w = 50 / 10,4 = 4,8 витка на 1 вольт.

Рассчитаем число витков в первичной и вторичной обмотках.

Число витков в первичной обмотке на 220 вольт:

W1 = U1 w = 220 4.8 = 1056 витка.

Число витков во вторичной обмотке на 36 вольт:

W2 = U2 w = 36 4,8 = 172.8 витков, округляем до 173 витка.

Величина тока в первичной обмотке трансформатора:

I1 = P1 / U1 = 75 / 220 = 0,34 ампера.

Ток во вторичной обмотке трансформатора:

I2 = P2 / U2 = 60 / 36 = 1,67 ампера.

При такой плотности тока диаметр провода без изоляции в миллиметрах определяется по формуле:

s = 0,8 d²

где: d — диаметр провода.

Например: мы не смогли найти провод для вторичной обмотки диаметром 1,1 мм .

Площадь поперечного сечения провода диаметром 1,1 мм равна:

s = 0,8 d² = 0,8 1,1² = 0,8 1,21 = 0,97 мм²

Округлим до 1,0 мм² .

Из таблицы выбираем диаметры двух проводов сумма площадей поперечного сечения которых равна 1.0 мм² .

Например, это два провода диаметром по 0,8 мм . и площадью по 0,5 мм² .

Или два провода:

Первый диаметром 1,0 мм . и площадью сечения 0,79 мм² ,
— второй диаметром 0,5 мм . и площадью сечения 0,196 мм² .
что в сумме дает: 0,79 + 0,196 = 0,986 мм² .

Расчет трансформатора по сечению сердечника калькулятор. Расчет трансформатора теория и практика. Определение диаметров проводов обмоток трансформатора

В электрическом трансформаторе имеется тороидальный стальной сердечник, имеющий первичную и вторичную обмотки, проходящие вокруг, причем сердечник и обмотки образуют приблизительно эллиптическое поперечное сечение, имеющее отношение главной и вспомогательной осей между двумя значениями, полученными из следующих формул: 1.

Тороидальный сердечник для электрического трансформатора с приблизительно эллиптическим поперечным сечением, причем указанный сердечник сформирован из полосового стального материала с разнесением по ширине ступеней, намотанный для формирования уложенных друг на друга групп симметрично расположенных слоев в плоскостях, параллельных тороидальной оси, причем указанные группы ориентированы приблизительно эллиптическое поперечное сечение, большая ось которого параллельна тороидальной оси, причем сердечник имеет первичные и вторичные обмотки на нем, причем отношение эллиптического сечения на средней глубине обмоток находится между значениями, полученными из следующих формул.

Используемые выше обозначенные обозначения. 6, в электрическом трансформаторе — тороидальный сердечник, имеющий обмотку, проходящую вдоль нее, причем обмотка имеет ее витки, состоящие из множества параллельно соединенных проводов, причем провода того же поворота расположены в совмещенном соотношении на внутренней окружности упомянутого сердцевиной и смежным бок о бок на внешней окружности сердечника, причем указанные провода изолированы друг от друга только для их разворота и с изоляцией слоя.

Университет Миссури, Соединенные Штаты Америки. Конкурирующие интересы: авторы заявили, что конкурирующих интересов не существует. Представлен метод расчета индуктивностей на основе первых принципов, который имеет преимущество перед более популярными симуляторами в том, что основные формулы явно используются для более глубокого понимания расчета индуктивности без необходимости явной дискретизации индуктора. Он также имеет преимущество перед традиционным методом формул или поиска таблиц в том, что он может использоваться для более широкого диапазона конфигураций.

Расчет ш-образного трансформатора

Рассмотрим на примере процесс расчета обычного Ш-образного трансформатора. Предположим, даны параметры: сила тока нагрузки i2=0,5А, выходное напряжение (напряжение вторичной обмотки) U2=12В, напряжение в сети U1=220В.
Первым показателем определяется мощность на выходе: P2=U2ˣi2=12ˣ0,5=6 (Вт). Это значит, что подобная мощность предусматривает использование магнитопровода сечением порядка 4 см² (S=4).
Потом определяют количество витков, необходимых для одного вольта. Формула для данного вида трансформатора такая: К=50/S=50/4=12,5 (витков/вольт).
Затем, определяют количество витков в первичной обмотке: W1=U1ˣK=220ˣ12,5=2750 (витков). А затем количество витков, расположенных во вторичной обмотке: W2=U2ˣK=12ˣ12,5=150.
Силу тока, возникающую в первичной обмотке, рассчитайте так: i1=(1,1×P2)/U1=(1,1×6)/220=30мА.Это позволит рассчитать размер диаметра провода, заложенного в первичную обмотку и не оснащенного изоляцией. Известно, что максимальная сила тока для провода из меди равна 5-ти амперам на мм², из чего следует, что: d1=5А/(1/i1)=5A/(1/0,03А)=0,15 (мм).
Последним действием будет расчет диаметра провода вторичной обмотки с использованием формулы d2=0,025ˣ√i2 , причем значение i2 используется в миллиамперах (мА): d2=0,025ˣ22,4=0,56 (мм).

Как рассчитать мощность трансформатора

Напряжение, имеющееся на вторичной обмотке, и max ток нагрузки узнайте заранее. Затем умножьте коэффициент 1,5 на ток максимальной нагрузки (измеряемый в амперах). Так вы определите обмотку второго трансформатора (также в амперах).
Определите мощность, которую расходует выпрямитель от вторичной обмотки рассчитываемого трансформатора: умножьте максимальный ток, проходящий через нее на напряжение вторичной обмотки.
Подсчитайте мощность трансформатора посредством умножения максимальной мощности на вторичной обмотке на 1,25.

Индукторы используются для обеспечения фильтрации или хранения энергии во многих типах электрических систем. Они часто являются свернутыми проводниками, чьи токи, изменяющие время, индуцируют напряжения либо в самом проводнике, либо в соседних проводниках. Они широко используются в аналоговых схемах и являются важным компонентом каждой электрической сети электросети. На протяжении большей части двадцатого столетия расчет индуктивности проводился в основном за счет использования формул или справочных таблиц, поскольку расчет индуктивности, который содержит интегрируемую особенность, был неразрешимым.

Как рассчитать трансформатор тока

Кроме того, для этих инструментов пользователь вряд ли будет знаком с их алгоритмами, поэтому исследователь с меньшей вероятностью разработать понимание основ расчета индуктивности, и, кроме того, может потребоваться дополнительная дискретизация индуктора. Теперь, используя современные высокоскоростные компьютеры, которые используют сложные математические языки вычислений, численное интегрирование является выполнимым и поэтому теперь можно вычислить индуктивность используя первые принципы, используя многофункциональную вычислительную программу, которая уже может быть доступна пользователю.

Обычный трансформатор образован из двух катушек. Определитесь с количеством витков катушек N1 и N2, которые соединены магнитопроводом. Узнайте коэффициент трансформации k посредством деления количества витков первичной катушки N1, подключенной к источнику тока, на число витков катушки N2, к которой подключена нагрузка: k=N1/N2.
Проведите измерение электродвижущей силы (ЭДС) на обоих трансфорсматорных обмотках ε1 и ε2, если отсутствует возможность узнать число витков в них. Сделать это можно так: к источнику тока подключите первичную обмотку. Получится так называемый холостой ход. Используя тестер, определите напряжение на каждой обмотке. Оно будет соответствовать ЭДС измеряемой обмотки. Не забывайте, что возникающие потери энергии из-за сопротивления обмоток настолько малы, что ими можно пренебречь. Коэффициент трансформации рассчитывается через отношение ЭДС первичной обмотки к ЭДС вторичной: k= ε1/ε2.
Узнайте коэффициент трансформации находящегося в работе трансформатора, когда потребитель присоединен к вторичной обмотке. Определите его путем деления тока в первичной I1 обмотке, на возникший ток во вторичной I2 обмотке. Измерьте ток посредством последовательного присоединения тестера (переключенного в режим работы амперметра) к обмоткам: k=I1/I2.

Краткие сведения о материалах магнитопроводов

С помощью этого метода работы цифрового интегрирования выполняются вычислительной программой, и поэтому нет необходимости, чтобы пользователь стал экспертом в сложных методах численного интегрирования или в способах дискретизации геометрии. Этот метод особенно полезен при проектировании реакторов с воздушным сердечником, которые защищают оборудование от потенциально опасных переходных процессов. Формула для самоиндукции проводника получается путем вычисления магнитной накопленной энергии с использованием магнитного векторного потенциала, который дает.

Взаимная индуктивность между двумя проводниками имеет аналогичную формулу, за исключением того, что точки поля находятся в одном проводнике, а источник указывает на другой. Мультипольный подход использует мультипольные разложения для и может быть справедливым для больших и может дать точную аппроксимацию интеграла с гораздо меньшим количеством вычислений.

Пользователь указывает дискретизацию, вводя координаты и размеры прямоугольных нитей. Элемент объема может быть представлен как. Мы интегрируем переменные, как загрунтованные, так и непечатные в том же диапазоне. Другие соглашения будут использовать квадратный корень аргумента. Где и являются эмпирически полученными константами; зависит от отношения диаметра проводника к шагу поворота и зависит от. Значения для таблиц и их числовые значения для всех этих величин можно найти в Интернете. В таблице 4 приведены результаты для соленоидов различных радиусов и количества витков.

СДЕЛАЕМ УПРОЩЕННЫЙ РАСЧЕТ ТРАНСФОРМАТОРА 220/36 ВОЛЬТ.

Мощность во вторичной цепи: Р_2 = U_2 · I_2 = 60 ватт

Расчет индуктивности для спирали

Матч снова превосходный с ошибками менее 4%. Для 5-оборотных соленоидов с 100 элементами наибольшая ошибка составляла 1%. Увеличение количества сегментов дискретизации не уменьшило ошибку. Хотя этот метод дал точный результат для соленоидов со 100 оборотами, для запуска потребовалось 1-6 часов с меньшим радиусом, что обеспечило большую продолжительность работы. Другая проверка этого метода заключается в сравнении плоской спирали с эмпирической формулой Уилера. Чтобы определить, мы используем координаты, описанные с радиусом спиралевидного проводника, описанным.

Что такое трансформатор

Где, является самым широким радиусом спирали, является шаг витков, который равен диаметру проводника плюс расстояние между проводниками. Обратите внимание: для спирали нет осесимметрии, и мы больше не можем ее отпускать; кроме того, пределы от 0 до. Эмпирическая формула дается.

Мы можем получить и использовать следующие формулы. Где — шаг в дюймах и внутренний диаметр спирали, который может быть получен из. Где коэффициент 37 преобразуется от метров до дюймов. Как видно из таблицы 5, результаты для соответствия с точностью до 10% результатов для модели с равномерным током и для модели поверхностного тока соответствуют 6%.

Р_1 = Р_2 / η = 60 / 0,8 = 75 ватт .

Расчеты индуктивности для двухслойной спирали с двумя катушками

На рисунке 6 показана двухслойная спираль с двумя катушками, которые были созданы для тестирования этого метода. Как видно из рисунка, эта конфигурация состоит из двух переплетенных катушек, которые расположены в двух слоях спиралей. Из теории основных схем неидеальных трансформаторов.

Из результатов для индукторов, для которых известны точные решения для их индуктивности, например, для кольца, мы видим, что численная интеграция формулы индуктивности, полученной из энергетических составов, является очень точной и, вероятно, более точной, чем ранее использовавшиеся эмпирические методы, которые делают не претендует на то, чтобы дать точную оценку. Более того, этот метод, теоретически, может быть использован для любой конфигурации индукторов. Недостатки этого метода заключаются в том, что длительность численного интегрирования может быть длинной, если программа запускается на медленном компьютере, и ошибки могут быть введены из-за трудности сходимости вблизи особенности.

Площадь поперечного сечения магнитопровода рассчитывается по формуле:

S = 1,2 · √P_1.

Где:
S — площадь в квадратных сантиметрах,
P _1 — мощность первичной сети в ваттах.

S = 1,2 · √75 = 1,2 · 8,66 = 10,4 см².

По значению S определяется число витков w на один вольт по формуле:

w = 50/S

В нашем случае площадь сечения сердечника равна S = 10,4 см.кв.

Ограничения исследования, открытые вопросы и будущая работа

Тем не менее, исследователю по-прежнему необходимо знать основные принципы расчета индуктивности, которые могут иметь важное значение для повышения его мастерства в конструкции индуктора. Обратите внимание, что это исследование было ограничено только пятью типами конфигураций индукторов; Разумеется, этот метод может быть применен к другим конфигурациям, хотя это необходимо доказать. Еще одно предостережение состоит в том, что почти всегда глобальная ошибка численного интегрирования монотонно не уменьшалась, хотя тем не менее были получены точные результаты.

w = 50/10,4 = 4,8 витка на 1 вольт.

Рассчитаем число витков в первичной и вторичной обмотках.

Число витков в первичной обмотке на 220 вольт:

W1 = U_1 · w = 220 · 4.8 = 1056 витка.

Число витков во вторичной обмотке на 36 вольт:

W2 = U_2 · w = 36 · 4,8 = 172.8 витков ,

округляем до 173 витка .

Дополнительным недостатком этого метода является то, что время выполнения становится большим при моделировании более сложных конфигураций. Был описан и продемонстрирован универсальный метод, основанный на первых принципах вычисления индуктивности проводников, с его точностью, ограниченной методикой, используемой для численной интеграции формулы индуктивности. Этот метод позволяет вычислять индуктивность с использованием точной геометрии индуктора, в частности, воздушного реактора или трансформатора, индуктивность которого, возможно, не была ранее получена или представлена в справочных таблицах и эмпирических формулах.

Величина тока в первичной обмотке трансформатора:

I_1 = P_1/U_1 = 75/220 = 0,34 ампера .

Ток во вторичной обмотке трансформатора:

Это также устраняет необходимость того, чтобы пользователь сосредоточился на численных аспектах проблемы за счет физики расчета. Поскольку теоретически этот метод будет работать для любой геометрии, он может облегчить проектирование индукторов и трансформаторов для соответствия конкретным спецификациям. Этот метод не мог быть использован до появления быстрых компьютеров из-за вычислительно интенсивного метода численного интегрирования; однако теперь это практично и, вероятно, будет использоваться для разработки индукторов и трансформаторов, индуктивности которых ранее были бы более трудноизвлекаемыми.

I_2 = P_2/U_2 = 60/36 = 1,67 ампера.

Диаметры проводов первичной и вторичной обмоток определяются по значениям токов в них исходя из допустимой плотности тока, количества ампер на 1 квадратный миллиметр площади проводника. Для трансформаторов плотность тока, для медного провода, принимается 2 А/мм² .

При такой плотности тока диаметр провода без изоляции в миллиметрах определяется по формуле: d = 0,8√I .

Этот метод оказался более надежным для расчета индуктивности некоторых соленоидов и спиралей по меньшей мере для одного другого симулятора с открытым исходным кодом. Убер умирает за свободу. Национальное бюро стандартов, 122 стр. Также рассчитать количество витков и площадь поперечного сечения проводников, используемых для первичной и вторичной обмотки.

Обмотки. Чистое поперечное сечение меди в окне — это вторичное напряжение в 23 раза больше поперечного сечения железа в ядре. Трансформатор однофазного типа со следующими данными. Также трудно разместить большое количество трубок по бокам резервуара. Вы также найдете его в проигрывателях, сетевых радиоприемниках, компьютерах и т.д.

Для первичной обмотки диаметр провода будет:

d_1 = 0,8 · √1_1 = 0,8 · √0,34 = 0,8 · 0,58 = 0,46 мм. Возьмем 0,5 мм .

Диаметр провода для вторичной обмотки:

d_2 = 0,8 · √1_2 = 0,8 · √1,67 = 0,8 · 1,3 = 1,04 мм. Возьмем 1,1 мм.

Трансформатор состоит из двух катушек — первичной катушки и вторичной катушки, намотанной на мягкий железный сердечник. Затем это вызывает переменное напряжение во вторичной обмотке. Помните, что при изменении магнитного поля вы получите только напряжение во вторичной катушке. Трансформаторы будут работать только с переменным током.

Если количество витков на первичной обмотке больше, чем на вторичной, тогда напряжение на вторичной обмотке будет меньше, чем на первичной. Если на вторичной обмотке больше оборотов, выходное напряжение будет больше. Большие токи требуют более толстой проволоки, и поэтому понижающие трансформаторы имеют первичные катушки из тонкой проволоки и вторичных катушек из толстой проволоки.

Площадь поперечного сечения провода определяется по формуле:

s = 0,8 · d².

где : d — диаметр провода .

Например: мы не смогли найти провод для вторичной обмотки диаметром 1,1 мм.

Площадь поперечного сечения провода диаметром 1,1 мм. равна:

s = 0,8 · d² = 0,8 · 1,1² = 0,8 · 1,21 = 0,97 мм² .

Округлим до 1,0 мм².

Из таблицы выбираем диаметры двух проводов сумма площадей сечения которых равна 1.0 мм².

Например, это два провода диаметром по 0,8 мм . и площадью по0,5 мм² .

Получается как бы один провод с суммарным поперечным сечением двух проводов.

Расчет ш-образного трансформатора

Рассмотрим на примере процесс расчета обычного Ш-образного трансформатора. Предположим, даны параметры: сила тока нагрузки i2=0,5А, выходное напряжение (напряжение вторичной обмотки) U2=12В, напряжение в сети U1=220В.
Первым показателем определяется мощность на выходе: P2=U2ˣi2=12ˣ0,5=6 (Вт). Это значит, что подобная мощность предусматривает использование магнитопровода сечением порядка 4 см² (S=4).
Потом определяют количество витков, необходимых для одного вольта. Формула для данного вида трансформатора такая: К=50/S=50/4=12,5 (витков/вольт).
Затем, определяют количество витков в первичной обмотке: W1=U1ˣK=220ˣ12,5=2750 (витков). А затем количество витков, расположенных во вторичной обмотке: W2=U2ˣK=12ˣ12,5=150.
Силу тока, возникающую в первичной обмотке, рассчитайте так: i1=(1,1×P2)/U1=(1,1×6)/220=30мА.Это позволит рассчитать размер диаметра провода, заложенного в первичную обмотку и не оснащенного изоляцией. Известно, что максимальная сила тока для провода из меди равна 5-ти амперам на мм², из чего следует, что: d1=5А/(1/i1)=5A/(1/0,03А)=0,15 (мм).
Последним действием будет расчет диаметра провода вторичной обмотки с использованием формулы d2=0,025ˣ√i2 , причем значение i2 используется в миллиамперах (мА): d2=0,025ˣ22,4=0,56 (мм).

Как рассчитать мощность трансформатора

Напряжение, имеющееся на вторичной обмотке, и max ток нагрузки узнайте заранее. Затем умножьте коэффициент 1,5 на ток максимальной нагрузки (измеряемый в амперах). Так вы определите обмотку второго трансформатора (также в амперах).
Определите мощность, которую расходует выпрямитель от вторичной обмотки рассчитываемого трансформатора: умножьте максимальный ток, проходящий через нее на напряжение вторичной обмотки.
Подсчитайте мощность трансформатора посредством умножения максимальной мощности на вторичной обмотке на 1,25.

Как рассчитать трансформатор тока

Обычный трансформатор образован из двух катушек. Определитесь с количеством витков катушек N1 и N2, которые соединены магнитопроводом. Узнайте коэффициент трансформации k посредством деления количества витков первичной катушки N1, подключенной к источнику тока, на число витков катушки N2, к которой подключена нагрузка: k=N1/N2.
Проведите измерение электродвижущей силы (ЭДС) на обоих трансфорсматорных обмотках ε1 и ε2, если отсутствует возможность узнать число витков в них. Сделать это можно так: к источнику тока подключите первичную обмотку. Получится так называемый холостой ход. Используя тестер, определите напряжение на каждой обмотке. Оно будет соответствовать ЭДС измеряемой обмотки. Не забывайте, что возникающие потери энергии из-за сопротивления обмоток настолько малы, что ими можно пренебречь. Коэффициент трансформации рассчитывается через отношение ЭДС первичной обмотки к ЭДС вторичной: k= ε1/ε2.
Узнайте коэффициент трансформации находящегося в работе трансформатора, когда потребитель присоединен к вторичной обмотке. Определите его путем деления тока в первичной I1 обмотке, на возникший ток во вторичной I2 обмотке. Измерьте ток посредством последовательного присоединения тестера (переключенного в режим работы амперметра) к обмоткам: k=I1/I2.

Расчет полной мощности трансформатора. Силовой трансформатор

При проектировании трансформаторов основным параметром является его мощность. Именно она определяет габариты трансформатора. При этом основным определяющим фактором будет полная мощность, отдаваемая в нагрузку:

Для трансформатора с большим количеством вторичных обмоток полную мощность можно определить, просуммировав мощности, потребляемые нагрузками, подключенными ко всем его обмоткам:

(2)

При полностью резистивной нагрузке (отсутствие индуктивной и емкостной составляющей в токе) потребляемая мощность активна и равна отдаваемой мощности S 2 . При расчете трансформатора важным параметром является типовая или габаритная мощность трансформатора. В этом параметре кроме полной мощности учитывается мощность, потребляемая трансформатором от сети по первичной обмотке. Типовая мощность трансформатора вычисляется следующим образом:

(3)

Определим типовую мощность для трансформатора с двумя обмотками. Полная мощность первичной обмотки S 1 = U 1 I 1 , где U 1 , I 1 — действующие значения напряжения и тока Именно этой мощностью определяются габариты первичной обмотки. При этом число витков первичной обмотки трансформатора зависит от входного напряжения, сечение провода от протекающего по ней максимального тока (действующее значение). Габаритная мощность трансформатора определяет необходимое сечение сердечника s с. Ее можно рассчитать следующим образом:

(4)

Напряжение на первичной обмотке трансформатора можно определить из выражения U 1 = 4k ф W 1 fs B m , где s – площадь сечения сердечника магнитопровода, определяемая как произведение ширины сердечника на его толщину. Эквивалентная площадь сечения сердечника трансформатора обычно меньше и зависит от толщины пластин или ленты и расстояния между ними, поэтому при расчете трансформатора вводится коэффициент заполнения сердечника, который определяется как отношение эквивалентной площади сечения сердечника магнитопровода к его геометрической площади . Его значение обычно равно k c = 1 … 0,5 и зависит от толщины ленты. Для прессованных сердечников (изготовленных из феррита, альсифера или карбонильного железа) k c = 1. Таким образом, s = k c s c и выражение для напряжения первичной обмотки трансформатора принимает следующий вид:

U 1 = 4k ф k c W 1 fs c B m (5)

Аналогичное выражение можно записать и для вторичной обмотки. В трансформаторе с двумя обмотками мощность первичной обмотки и типовая мощность трансформатора равны. Мощность первичной обмотки можно определить по следующему выражению:

U 1 = U 1 I 1 = 4k ф k c fs c B m W 1 I 1 (6)

При этом типовая мощность трансформатора будет рассчитываться по следующей формуле:

(7)

Отношение тока в проводе обмотки к его сечению называется плотностью тока. В правильно рассчитанном трансформаторе плотность тока во всех обмотках одинакова:

(8) где s обм1 , s обм2 — площади сечения проводников обмоток.

Заменим токи I 1 = js обм1 и I 2 = js обм2 , тогда сумма в скобках выражения (7) может быть записана следующим образом: W 1 I 1 + W 2 I 2 = , j (s обм1 W 1 + s обм2 W 2) = js м, где s м — сечение всех проводников (меди) в окне сердечника трансформатора. На рисунке 1 приведена упрощенная конструкция трансформатора, где отчетливо видны площадь сердечника s с, площадь окна магнитопровода s ок и площадь, занимаемая проводниками первичной и вторичной обмоток s м.

Рисунок 1 Упрощенная конструкция трансформатора

Введём коэффициент заполнения окна медью . Его величина находится в пределах k м = 0,15 … 0,5 и зависит от толщины изоляции проводов, конструкции каркаса обмоток, межслойной изоляции, способа намотки провода. Тогда js м = jk м s ок и выражение для типовой мощности трансформатора можно записать следующим образом:

(9)

Из выражения (9) следует, что типовая мощность определяется произведением s с s ок. При увеличении линейного размера трансформатора в m раз, его объём (масса) увеличится в m³ раз, а мощность возрастёт в m 4 раз. Поэтому, удельные массо-габаритные показатели трансформаторов улучшаются с увеличением номинальной мощности. С этой точки зрения предпочтительны многообмоточные трансформаторы по сравнению с несколькими двухобмоточными.

При разработке конструкции трансформаторов стараются увеличить коэффициент заполнения окна сердечника обмотками, так как при этом возрастает значение номинальной мощности S тип. Для достижения этой цели применяются обмоточные проводники с прямоугольным сечением. Следует отметить, что при практических расчетах формулу (9) преобразуют к более удобному виду.

(10)

При расчете трансформатора по заданной мощности на нагрузке исходя из выражения (10) определяется произведение s с s ок. Затем по справочнику выбирается конкретный тип и размер магнитопровода трансформатора, у которого этот параметр будет больше или равен рассчитанному значению. Затем приступают к расчету количества витков в первичной и вторичной обмотках. Рассчитывают диаметр провода и проверяют, помещаются ли обмотки в окне магнитопровода.

Литература:

Вместе со статьей «Мощность трансформатора» читают:

http://сайт/BP/KlassTransf/

http://сайт/BP/SxZamTransf/

СДЕЛАЕМ УПРОЩЕННЫЙ РАСЧЕТ ТРАНСФОРМАТОРА 220/36 ВОЛЬТ.

Мощность во вторичной цепи: Р_2 = U_2 · I_2 = 60 ватт

Р_1 = Р_2 / η = 60 / 0,8 = 75 ватт .

Площадь поперечного сечения магнитопровода рассчитывается по формуле:

S = 1,2 · √P_1.

Где:
S — площадь в квадратных сантиметрах,
P _1 — мощность первичной сети в ваттах.

S = 1,2 · √75 = 1,2 · 8,66 = 10,4 см².

По значению S определяется число витков w на один вольт по формуле:

w = 50/S

В нашем случае площадь сечения сердечника равна S = 10,4 см.кв.

w = 50/10,4 = 4,8 витка на 1 вольт.

Рассчитаем число витков в первичной и вторичной обмотках.

Число витков в первичной обмотке на 220 вольт:

W1 = U_1 · w = 220 · 4.8 = 1056 витка.

Число витков во вторичной обмотке на 36 вольт:

W2 = U_2 · w = 36 · 4,8 = 172.8 витков ,

округляем до 173 витка .

Величина тока в первичной обмотке трансформатора:

I_1 = P_1/U_1 = 75/220 = 0,34 ампера .

Ток во вторичной обмотке трансформатора:

I_2 = P_2/U_2 = 60/36 = 1,67 ампера.

Диаметры проводов первичной и вторичной обмоток определяются по значениям токов в них исходя из допустимой плотности тока, количества ампер на 1 квадратный миллиметр площади проводника. Для трансформаторов плотность тока, для медного провода, принимается 2 А/мм² .

При такой плотности тока диаметр провода без изоляции в миллиметрах определяется по формуле: d = 0,8√I .

Для первичной обмотки диаметр провода будет:

d_1 = 0,8 · √1_1 = 0,8 · √0,34 = 0,8 · 0,58 = 0,46 мм. Возьмем 0,5 мм .

Диаметр провода для вторичной обмотки:

d_2 = 0,8 · √1_2 = 0,8 · √1,67 = 0,8 · 1,3 = 1,04 мм. Возьмем 1,1 мм.

Площадь поперечного сечения провода определяется по формуле:

s = 0,8 · d².

где : d — диаметр провода .

Например: мы не смогли найти провод для вторичной обмотки диаметром 1,1 мм.

Площадь поперечного сечения провода диаметром 1,1 мм. равна:

s = 0,8 · d² = 0,8 · 1,1² = 0,8 · 1,21 = 0,97 мм² .

Округлим до 1,0 мм².

Из таблицы выбираем диаметры двух проводов сумма площадей сечения которых равна 1.0 мм².

Например, это два провода диаметром по 0,8 мм . и площадью по0,5 мм² .

Получается как бы один провод с суммарным поперечным сечением двух проводов.

Расчет ш-образного трансформатора

Рассмотрим на примере процесс расчета обычного Ш-образного трансформатора. Предположим, даны параметры: сила тока нагрузки i2=0,5А, выходное напряжение (напряжение вторичной обмотки) U2=12В, напряжение в сети U1=220В.
Первым показателем определяется мощность на выходе: P2=U2ˣi2=12ˣ0,5=6 (Вт). Это значит, что подобная мощность предусматривает использование магнитопровода сечением порядка 4 см² (S=4).
Потом определяют количество витков, необходимых для одного вольта. Формула для данного вида трансформатора такая: К=50/S=50/4=12,5 (витков/вольт).
Затем, определяют количество витков в первичной обмотке: W1=U1ˣK=220ˣ12,5=2750 (витков). А затем количество витков, расположенных во вторичной обмотке: W2=U2ˣK=12ˣ12,5=150.
Силу тока, возникающую в первичной обмотке, рассчитайте так: i1=(1,1×P2)/U1=(1,1×6)/220=30мА.Это позволит рассчитать размер диаметра провода, заложенного в первичную обмотку и не оснащенного изоляцией. Известно, что максимальная сила тока для провода из меди равна 5-ти амперам на мм², из чего следует, что: d1=5А/(1/i1)=5A/(1/0,03А)=0,15 (мм).
Последним действием будет расчет диаметра провода вторичной обмотки с использованием формулы d2=0,025ˣ√i2 , причем значение i2 используется в миллиамперах (мА): d2=0,025ˣ22,4=0,56 (мм).

Как рассчитать мощность трансформатора

Напряжение, имеющееся на вторичной обмотке, и max ток нагрузки узнайте заранее. Затем умножьте коэффициент 1,5 на ток максимальной нагрузки (измеряемый в амперах). Так вы определите обмотку второго трансформатора (также в амперах).
Определите мощность, которую расходует выпрямитель от вторичной обмотки рассчитываемого трансформатора: умножьте максимальный ток, проходящий через нее на напряжение вторичной обмотки.
Подсчитайте мощность трансформатора посредством умножения максимальной мощности на вторичной обмотке на 1,25.

Как рассчитать трансформатор тока

Обычный трансформатор образован из двух катушек. Определитесь с количеством витков катушек N1 и N2, которые соединены магнитопроводом. Узнайте коэффициент трансформации k посредством деления количества витков первичной катушки N1, подключенной к источнику тока, на число витков катушки N2, к которой подключена нагрузка: k=N1/N2.
Проведите измерение электродвижущей силы (ЭДС) на обоих трансфорсматорных обмотках ε1 и ε2, если отсутствует возможность узнать число витков в них. Сделать это можно так: к источнику тока подключите первичную обмотку. Получится так называемый холостой ход. Используя тестер, определите напряжение на каждой обмотке. Оно будет соответствовать ЭДС измеряемой обмотки. Не забывайте, что возникающие потери энергии из-за сопротивления обмоток настолько малы, что ими можно пренебречь. Коэффициент трансформации рассчитывается через отношение ЭДС первичной обмотки к ЭДС вторичной: k= ε1/ε2.
Узнайте коэффициент трансформации находящегося в работе трансформатора, когда потребитель присоединен к вторичной обмотке. Определите его путем деления тока в первичной I1 обмотке, на возникший ток во вторичной I2 обмотке. Измерьте ток посредством последовательного присоединения тестера (переключенного в режим работы амперметра) к обмоткам: k=I1/I2.

Теория и история

Формула e = − n (∆Ф ∕ ∆ t) объединяет следующие понятия:

Электродвижущая сила e, исчисляемая в вольтах.
Количество витков n в индукторе.
Магнитный поток Ф, единица измерения которого называется вебером.
Время t, необходимое для одной фазы изменения магнитного поля.

K ≈ U ₁ ∕ U ₂ ≈ n ₁ ∕ n ₂.

K = n₁ ∕ n₂ = I ₂ ∕ I₁ = U₁ ∕ U₂.

Трансформатор предназначен для работы в цепи переменного напряжения. Постоянный ток не индуцирует ЭДС в магнитопроводе, и электрическая энергия не передаётся в другую обмотку.

Работу Майкла Фарадея высоко оценило научное сообщество Великобритании. В 1832 году физик удостоился престижной награды. За выдающиеся работы в области электромагнетизма учёный награждён медалью Копли.

Расчёт параметров прибора

Определение мощности

P₁ = P₂ ∕ μ = 40 ∕ 0‚8 = 50

Округление осуществляется в бо́льшую сторону. Результат 50 Вт.

Вычисление сечения сердечника

От мощности трансформатора зависят размеры магнитопровода. Площадь сечения определяется следующим образом.

S = 1‚2∙√P₁ = 1‚2∙ 7‚07 = 8‚49

Поперечное сечение сердечника должно иметь площадь не менее 8‚49 см².

Расчёт количества витков

Площадь магнитопровода помогает определить количество витков провода на 1 вольт напряжения:

n = 50 ∕ S = 50 ∕ 8‚49 = 5‚89.

Токи в обмотках

В первичной катушке I₁ = P₁ ∕ U₁ = 50 ∕ 220 = 0‚23 ампера, а во вторичной катушке I₂ = P₂ ∕ U₂ = 40 ∕ 36 = 1‚12 ампера.

Диаметр провода

d₁ = 0‚8 √I₁ =0‚8 √0‚23 = 0‚8 ∙ 0‚48 = 0‚38.

Для намотки выходной обмотки потребуется провод с диаметром:

d₂ = 0‚8 √I₂ =0‚8 √1‚12 = 0‚8 ∙ 1‚06 = 0‚85.

Размеры определены в миллиметрах. После округления получается, что первичная катушка наматывается проволокой толщиной 0‚5 мм, а на вторичную обмотку подойдёт провод в 1 мм.

Виды и применение трансформаторов

По задачам, которые решает трансформатор, приборы делятся на основные виды:

Любое изменение параметров электричества в цепи связано с трансформатором. Специалисту, проектирующему электронные схемы, необходимо знание природы электромагнетизма. Технология расчёта обмоток трансформатора основана на базовых формулах физики.

Трансформаторы используются в блоках питания различной аппаратуры для преобразования переменного напряжения. Блоки питания, собранные по трансформаторной схеме, постепенно снижают распространенность благодаря тому, что современная схемотехника позволяет понизить напряжение без самого громоздкого и тяжелого элемента системы питания. Трансформаторы для блока питания актуальны в тех случаях, когда габариты и масса не критичны, а требования к безопасности велики. Обмотки (кроме автотрансформатора) осуществляют гальваническое разделение и изоляцию цепей первичного (или сетевого) и вторичного (выходного) напряжений.

Jpg?x15027″ alt=»Трансформатор»>

Трансформатор

Принцип действия и разновидности трансформаторов

Работа устройства основана на всем известном явлении электромагнитной индукции. Переменный ток, проходящий через провод первичной обмотки, наводит переменный магнитный поток в стальном сердечнике, а он, в свою очередь, вызывает появление напряжения индукции в проводе вторичных обмоток.

Совершенствование трансформатора с момента его изобретения сводится к выбору материала и конструкции сердечника (магнитопровода).

Типы сердечников

Металл для магнитопровода должен иметь определенные технические характеристики, поэтому были разработаны специальные сплавы на основе железа и особая технология производства.

Для изготовления трансформаторов наибольшее распространение получили следующие типы магнитопроводов:

броневые;
стержневые;
кольцевые.

Силовой трансформатор низкой частоты, как понижающий, так и повышающий, имеет сердечник из отдельных пластин трансформаторного железа. Такая конструкция выбрана из соображения минимизации потерь из-за образования вихревых токов в сердечнике, которые нагревают его и снижают КПД трансформатора.

Броневые сердечники наиболее часто выполняются из Ш-образных пластин. Стержневые магнитопроводы могут изготавливаться из П-образных, Г-образных или прямых пластин.

Кольцевые магнитопроводы выполняются из тонкой ленты трансформаторной стали, намотанной на оправку и скрепленной клеящим составом.

Из ленты также могут выполняться броневые и стержневые сердечники, причем такая технология наиболее часто встречается у маломощных устройств.

Jpg?x15027″ alt=»Виды магнитопроводов»>

Виды магнитопроводов

Ниже приведена методика расчета трансформатора, где показано:

как рассчитать мощность трансформатора;
как выбрать сердечник;
как определить количество витков и сечение (диаметр) проводов обмоток;
как собрать и проверить готовую конструкцию.

Исходные данные, необходимые для расчета

Расчет сетевого трансформатора начинается с определения его полной мощности. Поэтому, перед тем, как рассчитать трансформатор, нужно определиться с мощностью потребления всех, без исключения, вторичных обмоток. Согласно мощности выбирается сечение сердечника. Опять же, от мощности определенным образом зависит и КПД. Чем больше полная мощность, тем выше КПД. Принято в расчетах ориентироваться на такие значения:

до 50 Вт – КПД 0.6;
от 50 Вт до 100 Вт – КПД 0.7;
от 100 Вт до 150 Вт – КПД 0.8;
выше 150 Вт – КПД 0.85.

Количество витков сетевой и вторичной обмоток рассчитывается уже после выбора магнитопровода. Диаметр или поперечное сечение проводов каждой обмотки определяется на основании протекающих через них токов.

Выбор магнитопровода сердечника

Минимальное сечение сердечника в см2 определяется из габаритной мощности. Габаритная мощность трансформатора – это суммарная полная мощность всех вторичных обмоток с учетом КПД.

Итак, мощность трансформатора можно определить, это полная суммарная мощность всех вторичных обмоток:

Data-lazy-type=»image» data-src=»http://elquanta.ru/wp-content/uploads/2017/10/formula-1.jpg?x15027″ alt=»»>

Умножая полученное значение на КПД, завершаем расчет габаритной мощности.

Определение площади стержня сердечника производится после того, как произведен расчет габаритной мощности трансформатора из такого выражения:

Зная площадь сечения центрального стержня магнитопровода, можно подбирать нужный из готовых вариантов.

Важно! Сердечник, на котором будут располагаться обмотки, должен иметь, по возможности, сечение, как можно более близкое к квадрату. Площадь сечения должна быть равной или несколько больше расчетного значения.

Качество работы и технологичность сборки также зависит от формы магнитопровода. Наилучшим качеством обладают конструкции, выполненные на кольцевом магнитопроводе (тороидальные). Их отличает максимальный КПД для заданной мощности, наименьший ток холостого хода и минимальный вес. Основная сложность заключается в выполнении обмоток, которые в домашних условиях приходится мотать исключительно вручную при помощи челнока.

Проще всего делать трансформаторы на разрезных ленточных магнитопроводах типа ШЛ (Ш-образный) или ПЛ (П-образный). Как пример, можно привести мощный трансформатор блока питания старого цветного телевизора.

Jpg?x15027″ alt=»Трансформатор телевизора УЛПЦТИ»>

Трансформатор телевизора УЛПЦТИ

Трансформаторы старого времени выпуска или современные дешевые выполнены с использованием отдельных Ш,- или П-образных пластин. Технологичность выполнения обмоток у них такая же, как у ленточных разрезных, но трудность состоит в сборке магнитопровода. Такие устройства практически всегда будут иметь повышенный ток холостого хода, особенно, если используемое железо низкого качества.

Расчет количества витков и диаметра проводов

Расчет трансформатора начинается с определения необходимого количества витков обмоток на 1 В напряжения. Найденное значение будет одинаковым для любых обмоток. Для собственных целей можно применить упрощенный метод расчета. Посчитать, сколько надо витков на 1 В можно, подставив площадь сечения стержня магнитопровода в см2 в формулу:

Data-lazy-type=»image» data-src=»http://elquanta.ru/wp-content/uploads/2017/10/formula-2.jpg?x15027″ alt=»»>

где k – коэффициент, зависящий от формы магнитопровода и его материала.

На практике с достаточной точностью приняты следующие значения коэффициента:

60 – для магнитопровода из Ш,- и П-образных пластин;
50 – для ленточных магнитопроводов;
40 – для тороидальных трансформаторов.

Большие значения связаны с невозможностью плотного заполнения сердечника отдельными металлическими пластинами. Как видно, наименьшее количество витков будет иметь тороидальный трансформатор, отсюда и выигрыш в массе изделия.

Зная, сколько витков нужно на 1 В, можно легко узнать количество витков каждой из обмоток:

Data-lazy-type=»image» data-src=»http://elquanta.ru/wp-content/uploads/2017/10/formula-3.jpg?x15027″ alt=»»>где U – значение напряжения холостого хода на обмотке.

У маломощных трансформаторов (до 50 Вт) нужно получившееся количество витков первичной обмотки увеличить на 5%. Таким образом, компенсируется падение напряжения, которое возникает на обмотке под нагрузкой (в понижающих трансформаторах первичная обмотка всегда имеет большее количество витков, чем вторичные).

Диаметр провода рассчитываем с учетом минимизации нагрева вследствие протекания тока. Ориентировочным значением считается плотность тока в обмотках 3-7 А на каждый мм2 провода. На практике расчет диаметра проводов обмоток можно упростить, используя простые формулы, что дает допустимые значения в большинстве случаев:

Data-lazy-type=»image» data-src=»http://elquanta.ru/wp-content/uploads/2017/10/formula-4.jpg?x15027″ alt=»Трансформатор телевизора УЛПЦТИ»>

Меньшее значение применяется для расчета диаметров проводов вторичных обмоток, поскольку у понижающего трансформатора они располагаются ближе к поверхности и имеют лучшее охлаждение.

Зная расчетное значение диаметра обмоточных проводов, нужно выбрать из имеющихся такие, диаметр которых наиболее близок к расчетному, но не менее.

После определения количества витков во всех обмотках, расчет обмоток трансформатора не лишним будет дополнить проверкой, поместятся ли обмотки в окно магнитопровода. Для этого подсчитайте коэффициент заполнения окна:

Data-lazy-type=»image» data-src=»http://elquanta.ru/wp-content/uploads/2017/10/formula-5.jpg?x15027″ alt=»»>

Для тороидальных сердечников c внутренним диаметром D формула имеет вид:

Data-lazy-type=»image» data-src=»http://elquanta.ru/wp-content/uploads/2017/10/formula-6.jpg?x15027″ alt=»»>

Для Ш,- и П-образных магнитопроводов коэффициент не должен превышать 0.3. Если это значение больше, то разместить обмотку не получится.

Jpg?.jpg 489w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2017/10/4-toroidalnyj-transformator.jpg 600w»>

Тороидальный трансформатор

Выходом из ситуации будет выбор сердечника с большим сечением, но это если позволяют габариты конструкции. В крайнем случае, можно уменьшить количество витков одновременно во всех обмотках, но не более чем на 5%. Несколько возрастет ток холостого хода, и не избежать повышенного нагрева обмоток, но в большинстве случаев это не критично. Также можно немного уменьшить провода по сечению, увеличив тем самым плотность тока в обмотках.

Важно! Увлекаться увеличением плотности тока нельзя, поскольку это вызовет сильный рост нагрева и, как следствие, нарушение изоляции и перегорание обмоток.

Изготовление обмоток

Намотка провода обмотки трансформатора производится на каркас, изготовленный из плотного картона или текстолита, за исключением тороидальных сердечников, в которых обмотка ведется непосредственно на магнитопровод, который перед намоткой нужно тщательно заизолировать. Можно использовать готовый пластиковый, который продается вместе с магнитопроводом.

Jpg?x15027″ alt=»Сборный каркас обмотки»>

Сборный каркас обмотки

Data-lazy-type=»image» data-src=»http://elquanta.ru/wp-content/uploads/2017/10/6-plastikovyj-karkas-600×427.jpg?x15027″ alt=»Пластиковый каркас»>

Пластиковый каркас

Между отдельными обмотками нужно прокладывать межобмоточную изоляцию. Важнее всего – хорошо заизолировать вторичную обмотку от первичной. В качестве изоляции можно использовать трансформаторную бумагу, лакоткань, фторопластовую ленту. Ленту из фторопласта нужно использовать с осторожностью. Несмотря на высочайшие электроизоляционные качества, тонкая лента фторопласта под действием натяжения или давления (особенно межу первичной и вторичной обмотками) способна «потечь» и обнажить отдельные витки обмотки. Особенно этим страдает лента для уплотнения сантехнических изделий.

Jpg?.jpg 600w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2017/10/6-ftoroplastovaja-lenta-1-150×150.jpg 150w»>

Фторопластовая лента

В отдельных, ответственных случаях, в процессе намотки можно пропитать первичную обмотку (если трансформатор понижающий) изоляционным лаком. Пропитка готового устройства в домашних условиях эффекта почти не даст, поскольку лак не попадет в глубину обмотки. Для этих целей на производствах существует аппаратура вакуумной пропитки.

Выводы обмоток делаются отрезками гибкого изолированного провода для проводов, диаметр которых менее 0.5 мм. Более толстый провод можно выводить напрямую. Места пайки гибкого и обмоточного проводов нужно дополнительно проложить несколькими слоями изоляции.

Обратите внимание! При пайке выводов нельзя оставлять на месте спайки острые концы проводов или застывшего припоя. Такие места нужно аккуратно обрезать бокорезами.

Сборка трансформатора

При сборке нужно учитывать следующие нюансы:

Пакет сердечника должен собираться плотно, без щелей и зазоров;
Отдельные части ленточного магнитопровода подогнаны друг к другу, поэтому менять местами их нельзя. Требуется аккуратность, поскольку при отслоении отдельных лент их невозможно будет установить на место;
Деформированные пластины сборного сердечника нельзя выравнивать молотком – трансформаторная сталь теряет свои свойства при механических нагрузках;
Пакет пластин сборного сердечника должен быть собран максимально плотно, поскольку при работе рыхлого сердечника будет издаваться сильный гул, увеличивающийся при нагрузке;
Весь пакет сердечника любого типа нужно плотно стянуть по той же причине.

Обратите внимание! Качество сборки будет лучше, если торцы ленточного разрезного сердечника перед сборкой покрыть лаком. Также готовый собранный сердечник перед окончательной утяжкой можно покрыть лаком.

При этом можно добиться значительного понижения постороннего звука.

Проверка готового трансформатора заключается в измерении тока холостого хода и напряжения обмоток под номинальной нагрузкой и на нагрев при максимальной нагрузке. Все измерения рассчитанного и собранного трансформатора нужно проводить только после полной сборки, поскольку с незатянутым сердечником ток холостого хода может быть больше обычного в несколько раз.

Ток холостого хода сильно различается в трансформаторах различных типов и составляет от 10 мА для тороидальных трансформаторов, до 200 мА – с Ш-образным сердечником из низкокачественного трансформаторного железа.

Jpg?.jpg 600w, https://elquanta.ru/wp-content/uploads/2017/10/7-izmerenie-holostogo-toka-210×140.jpg 210w»>

Измерение холостого тока

Приведен расчет трансформатора, который при наличии навыков можно произвести за пару десятков минут. Для тех, кто сомневается в своих силах или боится сделать ошибку, расчет силового трансформатора можно выполнить, используя калькулятор для расчета, который может работать как в off-line, так и в on-line режимах. Согласно данной методике возможна перемотка перегоревшего трансформатора. Для неисправного трансформатора расчет также ведется от имеющегося сердечника и значения напряжения вторичных обмоток.

Видео

Расчет силового трансформатора

Трансформатор – это пассивный преобразователь энергии. Его коэффициент полезного действия (КПД) всегда меньше единицы. Это означает, что мощность потребляемая нагрузкой, которая подключена к вторичной обмотке трансформатора, меньше, чем мощность, потребляемая нагруженным трансформатором от сети. Известно, что мощность равна произведению силы тока на напряжение, следовательно, в повышающих обмотках сила тока меньше, а в понижающих – больше силы тока, потребляемого трансформатором от сети.

Параметры и характеристики трансформатора.

Два разных трансформатора при одинаковом напряжении сети могут быть рассчитаны на получение одинаковых напряжений вторичных обмоток. Но если нагрузка первого трансформатора потребляет больший ток, а второго маленький, значит, первый трансформатор характеризуется по сравнению со вторым большей мощностью. Чем больше сила тока в обмотках трансформатора, тем больше и магнитный поток в его сердечнике, поэтому сердечник должен быть толще. Кроме того, чем больше сила тока в обмотке, тем более толстым проводом она должна быть намотана, а это требует увеличения окна сердечника. Поэтому габариты трансформатора зависят от его мощности. И наоборот, сердечник определенного размера пригоден для изготовления трансформатора только до определенной мощности, которая называется габаритной мощностью трансформатора. Количество витков вторичной обмотки трансформатора определяет напряжение на ее выводах. Но это напряжение зависит также и от количества витков первичной обмотки. При определенном значении напряжения питания первичной обмотки напряжение вторичной зависит от отношения количества витков вторичной обмотки количеству витков первичной. Это отношение и называется коэффициентом трансформации. Если напряжение на вторичной обмотке зависит от коэффициента трансформации нельзя произвольно выбирать количество витков одной из обмоток. Чем меньше габариты сердечника, тем больше должно быть количество витков каждой обмотки. Поэтому размеру сердечника трансформатора соответствует вполне определенное количество витков его обмоток, приходящееся на один вольт напряжения, меньше которого брать нельзя. Эта характеристика называется количеством витков на один вольт..

Как и всякий преобразователь энергии, трансформатор обладает коэффициентом полезного действия – отношением мощности, потребляемой нагрузкой трансформатора, к мощности, которую нагруженный трансформатор потребляет от сети. КПД маломощных трансформаторов, которые обычно применяются для питания бытовой электронной аппаратуры, колеблется в пределах от 0,8 до 0,95. Более высокие значения имеют трансформаторы большей мощности.

Электрический расчет трансформатора

Перед расчетом трансформатора необходимо сформулировать требования, которым он должен удовлетворять. Они и будут являться исходными данными для расчета. Технические требования к трансформатору определяются также путем расчета, в результате которого определяются те напряжения и токи, которые должны быть обеспечены вторичными обмотками. Поэтому перед расчетом трансформатора производится расчет выпрямителя для определения напряжений каждой из вторичных обмоток и потребляемых от этих обмоток токов. Если же напряжения и токи каждой из обмоток трансформатора уже известны, то они являются техническими требованиями к трансформатору. Для определения габаритной мощности трансформатора необходимо определить мощности, потребляемые от каждой из вторичных обмоток и сложить их, учитывая также КПД трансформатора. Мощность, потребляемую от любой обмотки, определяют умножением напряжения между выводами этой обмотки на силу потребляемого от нее тока:

P– мощность, потребляемая от обмотки, Вт;

U– эффективное значение напряжения, снимаемого с этой обмотки, В;

I– эффективное значение силы тока, протекающего в этой же обмотке, А.

Суммарная мощность, потребляемая, например, тремя вторичными обмотками, вычисляется по формуле:

P S =U 1 I 1 +U 2 I 2 +U 3 I 3

Для определения габаритной мощности трансформатора, полученное значение суммарной мощности P S нужно разделить на КПД трансформатора:P г = , где

P г – габаритная мощность трансформатора; η – КПД трансформатора.

Заранее рассчитать КПД трансформатора нельзя, так как для этого нужно знать величину потерь энергии в обмотках и в сердечнике, которые зависят от параметров самих обмоток (диаметры проводов и их длина) и параметров сердечника (длина магнитной силовой линии и марка стали). И те и другие параметры становятся известными только после расчета трансформатора. Поэтому с достаточной для практического расчета точностью КПД трансформатора можно определить из таблицы 6.1.

Таблица 6.1

Суммарная мощность, Вт
КПД трансформатора

Наиболее распространены две формы сердечника: О – образная и Ш – образная. На сердечнике О – образной формы обычно располагаются две катушки, а на сердечнике Ш – образной формы — одна. Зная габаритную мощность трансформатора, находят сечение рабочего керна его сердечника, на котором находится катушка:

Сечением рабочего керна сердечника является произведение ширины рабочего керна а и толщины пакета с. Размеры а и с выражены в сантиметрах, а сечение – в квадратных сантиметрах.

После этого выбирают тип пластин трансформаторной стали и определяют толщину пакета сердечника. Сначала находят приблизительную ширину рабочего керна сердечника по формуле: a= 0,8

Затем по полученному значению а производят выбор типа пластин трансформаторной стали из числа имеющихся в наличии и находят фактическую ширину рабочего керна а. после чего определяют толщину пакета сердечника с:

Количество витков, приходящихся на 1 вольт напряжения, определяется сечением рабочего керна сердечника трансформатора по формуле: n=k/S, гдеN– количество витков на 1 В;k– коэффициент, определяемый свойствами сердечника;S- сечение рабочего керна сердечника, см 2 .

Из приведенной формулы видно, что чем меньше коэффициент k, тем меньше витков будут иметь все обмотки трансформатора. Однако произвольно выбирать коэффициентkнельзя. Его значение обычно лежит в пределах от 35 до 60. В первую очередь оно зависит от свойств пластин трансформаторной стали, из которых собран сердечник. Для сердечников С-образной формы, витых из тонкой ленты, можно братьk= 35. Если используется сердечник О — образной формы, собранный из П- или Г – образных пластин без отверстий по углам, берутk= 40. Такое же значениеkи для пластин типа УШ, у которых ширина боковых кернов больше половины ширины среднего керна.. Если используются пластины типа Ш без отверстий по углам, у которых ширина среднего керна ровно вдвое больше ширины крайних кернов, целесообразно взятьk= 45, а если Ш – образные пластины имеют отверстия, тоk= 50. Таки образом, выборkв значительной мере условен и им можно в некоторых пределах варьировать, если учесть, что уменьшениеkоблегчает намотку, но ужесточает режим трансформатора. При применении пластин из высококачественной трансформаторной стали этот коэффициент можно немного уменьшать, а при низком качестве стали приходится его увеличивать.

Зная необходимое напряжение каждой обмотки и количество витков на 1 В, легко определить количество витков обмотки, перемножим эти величины: W=Un

Такое соотношение справедливо только для первичной обмотки, а при определении количества витков вторичных обмоток нужно дополнительно вводить приближенную поправку для учета падения напряжения на самой обмотке от протекающего по ее проводу тока нагрузки: W=mUn

Коэффициент mзависит от силы тока, протекающего по данной обмотке (см. таблицу 6.2). Если сила тока меньше 0,2 А, можно приниматьm= 1. Толщина провода, которым наматывается обмотка трансформатора определяется силой тока, протекающей по этой обмотке. Чем больше ток, тем толще должен быть провод, подобно тому как для увеличения потока воды требуется использовать более толстую трубу. От толщины провода зависит сопротивление обмотки. Чем тоньше провод, тем больше сопротивление обмотки, следовательно, увеличивается выделяемая в ней мощность и она сильнее нагревается. Для каждого типа обмоточного провода существует предел допустимого нагрева, который зависит от свойств эмалевой изоляции. Поэтому диаметр провода может быть определен по формуле:d=p, гдеd– диаметр провода по меди, м;I- сила тока в обмотке, А;p- коэффициент, (таблица 6.3) который учитывает допустимый нагрев той или иной марки провода.

Таблица 6.2: Определение коэффициента m

Таблица 6.3: Выбор диаметра провода.

Марка провода

Выбрав коэффициент pможно определить диаметр провода каждой обмотки. Найденное значение диаметра округляют до большего стандартного.

Сила тока в первичной обмотке определяется с учетом габаритной мощности трансформатора и напряжения сети:

Практическая работа:

U 1 = 6,3 В,I 1 = 1,5 А;U 2 = 12 В,I 2 = 0,3 А;U 3 = 120 В,I 3 = 59 мА

Тороидальные трансформаторы: обмотка, конструкция, расчет

Если вы заинтересованы в производстве сварочного аппарата или стабилизатора напряжения, вам обязательно нужно знать, что такое тороидальные трансформаторы. Но самое главное — это то, как они работают и какие тонкости у них есть на производстве. Кроме того, благодаря своей конструкции такие трансформаторы способны выдавать большую мощность по сравнению с трансформаторами, намотанными на W-образный сердечник. Поэтому эти устройства идеально подходят для питания очень мощного оборудования, такого как усилители низкой частоты.

Итак, нужно изучить материал, прежде чем приступать к изготовлению трансформатора. Для начала нужно определиться с типом используемого провода. Во-вторых, нужно рассчитать количество витков (значит, вы будете знать, сколько метров провода вам нужно). В-третьих, обязательно нужно выбрать сечение провода. Выходной ток зависит от этого параметра, следовательно, от мощности тороидального трансформатора.

Также необходимо учитывать, что нагрев будет происходить при небольшом количестве витков первичной обмотки.Аналогичная ситуация возникает, если мощность потребителей, подключенных к вторичной обмотке, превышает то значение, которое может выдать трансформатор. Результатом перегрева является снижение надежности. Кроме того, перегрев может даже привести к возгоранию трансформатора.

Что потребуется для изготовления тороидального трансформатора?

Итак, вы начали делать трансформатор. Необходимо приобрести инструменты и материалы. Конечно, может потребоваться даже швейная игла или подходящая игла, но наверняка такие аксессуары есть у каждого.

Тороидальная намоточная машина для производства тороидальных трансформаторов

Сталь, из которой изготавливаются тороидальные трансформаторы, — это самое главное. Вам понадобится много трансформаторной стали, она должна быть в виде тора. Кроме того, провод, конечно же, в лаковой изоляции. Обязательно наличие малярной ленты ПВА и клея. Кроме того, для разделения обмоток нужна изолента на тканевой основе. И пару отрезков проволоки для соединения концов обмоток. Кроме того, провод необходимо использовать для силиконовой или резиновой изоляции.

Использование стали CRGO для тороидального трансформатора

Такой аксессуар достать сложно. Тем не менее, бесполезные стабилизаторы напряжения вы найдете в каждом доме или сарае, в том числе в металлических приемных пунктах. Сработает этот стабилизатор или сгорит — вам безразлично! Используемые в нем тороидальные трансформаторы — это главное. Они являются основой вашего дизайна. Однако перед этим старую обмотку из алюминиевой проволоки пришлось выбросить. Затем идет подготовка активной зоны из стали CRGO.Обратите внимание, что углы правильные. В этом нет необходимости, так как изоляция лака может быть повреждена.

А теперь немного о том, как производится расчет тороидального трансформатора. Конечно, можно пользоваться простыми программами, которых очень много. Для расчета можно использовать линейку и калькулятор. Конечно, он будет иметь ошибку, так как он не принимает во внимание многие другие факторы, которые обычно существуют в природе. При расчете следует придерживаться одного правила — мощность вторичной катушки в первичной обмотке не должна быть больше этого же значения.

Обмотка тороидального трансформатора

Это очень трудоемко для фазы, подобной обмотке тороидального трансформатора. Хорошо, если магнитопровод можно будет разобрать, а после намотки собрать вместе. Но если это невозможно, вы можете использовать какой-нибудь шпиндель. Вы наматываете там определенное количество проволоки. Затем, проходя через тор этот шпиндельный блок, поворачиваются обмотки. Это может занять много времени, поэтому проще купить готовый блок питания, если вам не по душе свои возможности.

Пример расчета

На данном примере процесс лучше всего представлен. Обычно первичная обмотка питается от сети переменного напряжения 220 В. Предположим, вам нужны две вторичные обмотки, чтобы на каждом выходе было 12 В. А в первичной обмотке вы также используете провод сечением 0,6 мм. Таким образом, площадь поперечного сечения составит примерно 0,23 квадратных метра. Мм Но это еще не все расчеты, тороидальные трансформаторы нужно тщательно настраивать все параметры.Еще раз немного арифметики — вам нужно разделить 220 (В) на количество напряжений вторичной цепи. Следовательно, вы получите коэффициент 3,9.

Это означает, что поперечное сечение провода, используемого во вторичной обмотке, будет точно в 3,9 раза больше, чем поперечное сечение первичной обмотки. Для определения количества витков первичной обмотки необходимо по простой формуле умножить коэффициент «40» на напряжение (в первичной цепи это 220 В), после чего полученное количество делится на площадь поперечного сечения магнитная цепь.Стоит отметить, что его точность и срок службы зависят от того, насколько точно будет выполнено измерение тороидального трансформатора. Так проще повторять каждый шаг расчета заново.

Калькулятор катушек и трансформаторов

Вернуться к оглавлению.

Калькулятор катушек и трансформаторов.

С помощью этого калькулятора катушек вы можете спроектировать и рассчитать свойства катушки. или трансформатор.
Введите параметры в поля желтого цвета и затем нажмите кнопки расчета.

Ниже калькулятора вы найдете дополнительные пояснения к расчетам.
Используйте десятичную точку (а не запятую), если вы хотите ввести десятичные дроби.

рекомендую вы также можете прочитать эту веб-страницу о катушках и трансформаторах, многие вещи, которые я использую в этом калькуляторе, имеют Я там учился.
Он объясняет это очень ясно.

Расшифровка терминов, используемых в этом калькуляторе

Индуктивность: L

Индуктивность катушки — это свойство, которое описывает соотношение между напряжением, индуцированным в катушке, и изменением тока через катушку.

L = V _L / (di / dt)

Где:
L = индуктивность катушки в Генри (Гн).
В _L = Напряжение, индуцированное в катушке в вольтах.
di / dt = изменение тока через катушку в Амперах в секунду.

Магнитный поток: Φ

Магнитный поток, обычно обозначаемый как Φ, равен измеряется в единицах Вебера (Вб).
Если у вас есть петля из провода, и вы подаете на нее 1 В в течение 1 секунды, магнитный поток в петле изменится на 1 Вебера.
Неважно, какого размера или формы петля, или из какого материала внутри петля есть.
Вы можете представить себе единицу Wb как количество силовых линий магнитного поля, проходящих через петля.

Для одиночного контура применяется:
Φ = Vt

Если катушка имеет более одного витка, мы можем использовать следующую формулу:
Φ = Vt / N

Где:
Φ = изменение магнитного потока в катушке в Weber
V = напряжение на катушке в вольтах
t = время в секундах
N = количество витков катушки

Плотность магнитного потока: B

Плотность магнитного потока B измеряется в единицах Тесла (Т).
Плотность магнитного потока указывает магнитный поток через определенную область.

Один Tesla — это один Вебер на квадратный метр
Или в формуле:
B = Φ / A

Где:
B = плотность магнитного потока в теслах
Φ = магнитный поток в Weber
A = площадь в квадратных метрах

Максимальная плотность магнитного потока при низкой частота: Bmax = Bsat

Магнитные материалы, используемые в сердечниках катушек и трансформаторов, могут использоваться до определенная максимальная плотность магнитного потока.
Для низкочастотных приложений (включая постоянный ток) максимальная плотность потока ограничена магнитным насыщение материала сердечника, эта плотность потока называется: Bsat.
В насыщенном состоянии все магнитные области в материале направлены одинаково. направление.

Однако теоретически возможно увеличить плотность потока выше насыщения, из-за проницаемости вакуума.
Но для этого требуется большой ток через катушку и чрезмерные потери мощности в обмотки.
Выше насыщения катушка потеряет большую часть своей индуктивности и запустится. действует как катушка без материала катушки.
Итак, держите плотность потока ниже Bsat.
Значение Bsat указано в спецификации материала сердечника.
Например, Bsat составляет около 0,3 Тл для ферритового материала и около 1,3 Тл для кремнистая сталь.

Значение Bsat зависит от температуры, чем выше температура, тем больше в большинстве случаев ниже Bsat.
В этом калькуляторе я использую значение Bsat при 100 ° C, который автоматически появляется в поле Bmax при выборе материала сердцевины.
Итак, это наиболее безопасное значение, при более низкой температуре, однако Bsat может быть выше.

Максимальная плотность магнитного потока на более высокой частоте: Bmax
Для высокочастотных приложений максимальный поток плотность в ядре ограничена потерями мощности в ядре, а не ядром насыщенность.
На более высоких частотах нам нужно уменьшить значение Bmax ниже Значение Bsat, чтобы избежать перегрева ядра из-за потери собственной мощности.
Чем выше частота, тем ниже значение Bmax.

Для сердечников большего размера необходимо соблюдать плотность потока Bmax. ниже, чем для сердечников меньшего размера, чтобы избежать перегрева сердечника.
Это потому, что объем сердечника (который производит тепло) увеличивается. быстрее, чем внешняя часть сердечника (которая должна рассеивать тепло).

Мой калькулятор катушек и трансформаторов не рассчитывает для вас потери в сердечнике.
Вместо этого вы должны ввести определенную максимальную плотность потока в калькуляторе, что сохранит потери в сердечнике ниже желаемого уровня.

Потери в сердечнике из кремнистой стали

На следующих рисунках показаны некоторые примеры потерь в сердечнике из кремнистой стали (также называется: электротехническая сталь или трансформаторная сталь).

Рисунок 1. Потери в сердечнике в кремнистой стали.

На рисунке 1 приведены некоторые примеры потерь в сердечнике при различной толщине ламинирования. и частоты.
Более высокие частоты дают более высокие потери.
А более толстая ламинация дает большие потери.
Чтобы преобразовать толщину ламинирования из «мил» в «мм», умножьте на 0,0254.
Однако потери в сердечнике (в ватт / кг) выше на более высоких частотах, Сердечник трансформатора можно сделать меньше на более высоких частотах.
И вы можете получить высокочастотный трансформатор с меньшими потерями в сердечнике (в ваттах), по сравнению с низкочастотным трансформатором той же номинальной мощности.

Для трансформаторов линий электропередачи при 50 или 60 Гц потери в сердечнике обычно очень велики. ниже потери в обмотках при полной нагрузке.
При 50 или 60 Гц вы можете использовать в конструкции трансформатора, плотность потока в ядро равно: Bsat.

Для аудиопреобразователя вы разрабатываете самую низкую частоту звука. сигнал, если он не превышает примерно 100 Гц, вы можете использовать Bsat в качестве максимальная плотность потока в сердечнике.
Для более высоких звуковых частот ток намагничивания и плотность потока в ядро автоматически уменьшается.

Рисунок 2, потери в сердечнике в кремнистой стали при различных частотах.
Эти данные относятся к неориентированной кремнистой стали марки М-19 толщиной 14 мил или Толщина 0,36 мм.
О, а 1 фунт равен 0,45359 кг.

Потери в ферритовых сердечниках

Ферритовые сердечники имеют гораздо меньшие потери мощности на высоких частотах, чем кремниевые стальные сердечники.
Информация о максимальной плотности потока на определенной частоте может быть найдено в техническом описании ферритового материала, вот два примера:

Рисунок 3. Потери в сердечнике феррита N27.

На рисунке 3 показано соотношение между частотой, плотностью потока и потерями мощности в сердечник для ферритового материала N27, который насыщается при 0,41 Тл при 100 C.
Предположим, мы хотим, чтобы максимальная потеря мощности в активной зоне составляла 100 кВт / м. , что равно 100 мВт / см, я обозначил это значение красной линией.
Для сигнала 10 кГц (зеленая линия) мы находим максимальное пиковое значение для поток 300 мТл (= 0,3 Тл) при 100 C.
А для 200 кГц (синяя линия) мы находим максимум 50 мТл (= 0.05 Тесла).

Рисунок 4. Потери в сердечнике феррита 3C90.

На рисунке 4 показаны потери в сердечнике для ферритового материала 3C90, здесь данные представлен немного иначе.
Для потерь в сердечнике 100 кВт / м (= 100 мВт / см) мы найдите на частоте 200 кГц максимальную пиковую плотность потока 70 мТл (= 0,07 Тл).

Эффективная площадь поперечного сечения сердечника: Ae

Эффективная площадь поперечного сечения сердечника может быть найдена в лист данных ядра, это предпочтительный метод.
Или вы можете измерить.
Но только магнитный материал является частью эффективной площади поперечного сечения, поэтому не любое изолирующее покрытие, которое может покрывать сердцевину.

Рисунок 5: В сердечнике трансформатора EI эффективная площадь поперечного сечения (Ae), это площадь центральной ножки.
Обе внешние ноги обычно имеют площадь 1/2 Ae.

Когда вы уложили несколько жил, общая эффективная площадь поперечного сечения Ae (всего), равно значению Ae одного ядра, умноженному на количество ядра

Максимальный магнитный поток в сердечнике: Φmax

Максимальный магнитный поток в сердечнике рассчитывается по формуле:
Φmax = Bmax.Ae (всего)

Где:
Φmax = максимальный магнитный поток в сердечнике по Weber
Bmax = максимальная плотность магнитного потока в сердечнике в Тесла
Ae (total) = Общая эффективная площадь поперечного сечения сердечника в квадратных метрах

Относительная проницаемость керна: μr.

Относительная проницаемость мкр жилы Материал показывает, насколько больше индуктивности будет у вашей катушки по сравнению с катушка с вакуумом в сердечнике.
Вакуум имеет проницаемость (μ0) около 1.2566. 10 ^-6 Гн / м (Генри на метр).
Относительная проницаемость не имеет единицы.
Air имеет значение μr 1.00000037, поэтому практически равняется вакууму.
Относительная проницаемость материала керна μr часто зависит от плотности магнитного потока в сердечнике.
В этом калькуляторе я использую значение μr, близкое к нулю. плотность потока, в таблицах это обозначается как μi (относительная начальная проницаемость).
Еще один параметр, который вы можете найти в таблицах данных: μa (относительная амплитудная проницаемость), которая является значением μr при более высокой плотности потока.

Эффективная проницаемость керна: мкэ

Если у вас есть катушка, намотанная на кольцевой сердечник, сердечник полностью состоит из сердечника материал, и полностью закрыт ..
Тогда эффективная проницаемость равна относительной проницаемости основной материал.

Но многие сердечники состоят из двух частей, которые соединены вокруг катушки. бывший с обмотками на нем.
Две основные части всегда будут иметь некоторый промежуток или воздушный зазор в между ними, что, кажется, снижает проницаемость ядра.
У вас есть керн с эффективной проницаемостью, которая меньше, чем относительная проницаемость материала сердечника.

Иногда в сердечнике намеренно делают воздушный зазор, чтобы уменьшить эффективная проницаемость.
При этом увеличивается максимальный ток через катушку, но не магнитный поток. плотность в ядре.
Дает тот же эффект, что и при использовании другого материала сердцевины с меньшей проницаемостью.

Эффективная проницаемость сердечника с воздушным зазором составляет:

мкэ = мкр.le / (le + (g .μr))

Где:
μe = эффективная проницаемость керна.
μr = относительная проницаемость материала сердечника.
le = эффективная длина магнитного пути в сердечнике
g = длина воздушного зазора (измеряется в тех же единицах, что и le)

Эффективная длина магнитного пути в сердечнике: le

Эффективная длина магнитного зазора путь в ядре можно найти в даташит ядра.
Или можно прикинуть по габаритам сердечника.
Это длина линии магнитного поля в центре материала сердечника. поедет.
Не включайте воздушный зазор в эту длину пути, а только путь в сердечнике сам материал.

Воздушный зазор: g

Воздушный зазор — это слой воздуха на магнитном пути сердечника.

Рисунок 6: воздушный зазор в центральной ножке сердечника трансформатора EI.

На рисунке 6 показан воздушный зазор, вызванный укорочением центральной стойки трансформатора. затем две внешние ноги.
Пунктирными линиями обозначены силовые линии магнитного поля длиной: le

Рисунок 7: Воздушный зазор во всех ветвях сердечника трансформатора EI.

На рис. 7 показан еще один сердечник трансформатора ЭУ с воздушным зазором.
Здесь все ножки трансформатора имеют одинаковую длину, а воздушный зазор создается слегка раздвинув части «E» и «I».
Видите ли, теперь силовые линии должны дважды перепрыгнуть через слой воздуха, чтобы сформировать замкнутый цикл.
Это означает, что мы должны рассчитывать с воздушным зазором, который вдвое превышает расстояние между частями «Е» и «И».

Воздушный зазор необязательно заполнять воздухом или другими немагнитными материалами. как бумага или пластик, тоже пригодятся.
В трансформаторах воздушный зазор в сердечнике приведет к снижению связи между обмотки, которые могут быть нежелательными.

Коэффициент индуктивности: AL.

Коэффициент индуктивности AL сердечника — это индуктивность одной обмотки вокруг этого сердечника.
Если у вас более одной обмотки, индуктивность катушки будет:

L = N.AL

Где:
L = индуктивность катушки
N = количество витков
AL = коэффициент индуктивности сердечника

Если вам неизвестен коэффициент AL сердечника, это может быть рассчитано из эффективной проницаемости и размеров керна:

AL = μ0. мкэ. Ae (всего) / le

Где:
AL = коэффициент индуктивности в Гн / Н
μ0 = проницаемость вакуума = 1,2566. 10 ^-6 Гн / м
μe = эффективная проницаемость сердечника
Ae (total) = общая эффективная площадь поперечного сечения сердечника в м
le = эффективная длина магнитного пути в сердечнике в м.

Объединение сердечников

Объединение сердечников означает использование более одной жилы и пропускание обмоток через все эти ядра.
По сравнению с катушкой с одним сердечником, индуктивность умножается на количество ядра сложены.

Рисунок 8: катушка на стопке из 5 сердечников

Сопротивление провода

Провод, который вы используете для наматывания катушки или трансформатора, будет иметь некоторое сопротивление.
Это сопротивление рассчитывается с помощью:

R = ρ.l / A

Где:
R = сопротивление провода
ρ = удельное сопротивление материала провода в Ом · м, для меди это около 1,75. 10 ^-8 Ом · м
l = длина провода в метрах
A = площадь поперечного сечения провода в квадратных метрах

Общая площадь котла обмотки.

Расчетное значение площади меди, как говорится, только для меди обмотки.
На практике также приходится иметь дело с изоляцией проводов, воздух между витками и, вероятно, формирователь катушки.
Итак, на практике вам нужно больше места для обмотки, скажем в 2,5 или 3 раза расчетное значение для меди.

Максимальный ток (пиковый или переменный ток) через катушку

Максимальный ток через катушку — это ток, который дает максимум допустимый магнитный поток в сердечнике.

Imax = Φmax. Н / д

Где:
Imax = максимальный ток через катушку (пик постоянного или переменного тока)
Φmax = максимальный магнитный поток в сердечнике в Weber
N = количество витков
L = индуктивность катушки в Генри

Зарядка время до максимального тока.

Когда вы подключаете катушку к источнику постоянного напряжения V, ток I будет увеличиваться с время.
Другими словами, вы заряжаете катушку.
Пока катушка не имеет сопротивления, ток увеличивается линейно, и время достижения определенного тока определяется по формуле:

t = L.I / V

Если катушка имеет сопротивление, увеличение тока больше не является линейным.
Максимальный ток через катушку ограничен значением: I = V / R.
Время зарядки катушки с сопротивлением рассчитывается по формуле:

т = -L / R.LN (1- (I.R / V))

Где:
t = время в секундах для увеличения тока от нуля до значения I.
L = индуктивность катушки в Генри.
R = сопротивление катушки в Ом.
LN = Натуральный логарифм.
I = ток в амперах, для которого вы рассчитываете время зарядки.
В = напряжение на катушке.

В этом калькуляторе рассчитывается время, чтобы зарядить до максимальной катушки. ток, то есть ток, который дает в сердечнике плотность потока Bmax.

Накопленная энергия в катушке

Когда через катушку проходит ток, определенное количество энергии хранится в катушке.
Накопленная энергия рассчитывается по формуле:

E = 1/2. (L. I)

Где:
E = Накопленная энергия в катушке в Джоулях
L = Индуктивность катушки в Генри
I = Ток через катушку в Амперах

Максимальное напряжение переменного тока на катушке

Максимальное напряжение переменного тока (синусоида), которое вы можете приложить к катушке, составляет рассчитано по формуле:

Vmax = 4,44. Φмакс. N. f

Где:
Vmax = максимальное синусоидальное напряжение переменного тока на катушке в вольт RMS
Φmax = максимальный магнитный поток в сердечнике в Weber
N = количество витков на катушке
f = частота напряжения в герцах

Фактор 4.44 — это произведение двух коэффициенты, которыми являются:
4, поток изменяется от нуля до + Φmax за 1/4 цикла, следующая 1/4 цикла он возвращается к нулю, следующие две 1/4 цикла до -Φmax и обратно до нуль.
Таким образом, за один цикл поток изменяется в 4 раза по Φmax.
Умноженный на:
1,11, это форм-фактор синусоидальной волны, который представляет собой отношение среднеквадратичного значения к среднее значение.

Вот еще один способ вычисления максимального переменного напряжения на катушке:
Vmax = Imax.2. пи. f .L / √2
Здесь мы умножаем максимальный ток, проходящий через катушку, на полное сопротивление катушки при частоту f, а затем разделите ее на √2, чтобы преобразовать пиковое значение в среднеквадратичное значение.

Число витков первичной обмотки трансформатора.

Из формулы для максимального напряжения на катушке (см. Выше) мы легко можем найти формулу количества витков первичной обмотки трансформатора.

Np = Vp / (4.44. Φmax. F) Эта формула предназначена для синусоидальной волны. напряжения.

Где:
Np = количество витков первичной обмотки
Vp = первичное напряжение (= входное напряжение) трансформатора, среднеквадратичное значение, вольт
Φmax = максимальный магнитный поток в сердечнике в Weber
f = частота напряжения в герцах

Если вы используете трансформатор для прямоугольных напряжений, форм-фактор для напряжение равно 1 (вместо 1,11 для синусоид),
, а количество витков трансформатора должно быть в 1,11 раза больше.

Количество витков, которое мы теперь рассчитали, является минимальным количеством первичных повороты.
Если уменьшить количество витков первичной обмотки, сердечник трансформатора войдет в магнитное насыщение, которого необходимо избегать.
Однако разрешено делать количество витков (как первичных, так и вторичных). выше, но это увеличит сопротивление обмоток, и тем самым потеря мощности трансформатора.
Для трансформаторов линий электропередач обычно поддерживают количество витков на минимально возможное значение, достаточное для предотвращения насыщения сердечника при максимальном вводе Напряжение.

Число витков вторичной обмотки трансформатора

В идеальном трансформаторе без потерь соотношение напряжений между вторичной и первичной обмотками стороны, такое же, как отношение витков между вторичной и первичной сторонами.
Или в формуле:
Vs / Vp = Ns / Np

Где:
Vs = Напряжение на вторичной стороне
Vp = Напряжение на первичной стороне
Ns = Число витков вторичной обмотки
Np = Число витков первичной обмотки

Отсюда следует:
Ns = Np. Vs / Vp

Мы могли бы также рассчитать его по формуле, очень похожей на формулу первичные витки:
Ns = Vs / (4.44. Φmax. f) Эта формула предназначена для синусоидальной волны. напряжения.

Индуктивность первичной обмотки трансформатора

Это индуктивность первичной обмотки трансформатора.
Вы можете измерить индуктивность первичной обмотки с помощью измерителя индуктивности.
При этом вторичная обмотка ни к чему не должна подключаться.

Или, если вы знаете количество витков первичной обмотки и коэффициент AL, первичный индуктивность можно рассчитать с помощью:

Lp = Np. AL

Где:
Lp = первичная индуктивность
Np = количество витков первичной обмотки
AL = коэффициент индуктивности сердечника

Значение первичной индуктивности необходимо для расчета намагничивания ток трансформатора.

Ток намагничивания

Ток намагничивания — это небольшой ток, который протекает через первичную обмотку. обмотка трансформатора, даже если выход трансформатора не нагружен.
Ток намагничивания создает магнитный поток в трансформаторе. основной.
Амплитуда тока намагничивания рассчитывается по формуле:

Im = Vp / (2.pi.f.Lp)

Где:
Im = ток намагничивания в Амперах (среднеквадратичное значение)
Vp = Первичное напряжение в RMS вольтах
f = частота в Герцах
Lp = первичная индуктивность трансформатора в Генри

Ток намагничивания фактически такой же, как максимальный ток, который мы рассчитали для катушки.
Но для максимального тока катушки мы вычислили пиковое значение, в ток намагничивания трансформатора мы вычисляем действующее значение, поэтому есть коэффициент 1.414 между.

Если мы собираемся нагружать вторичную обмотку трансформатора, ток через первичная обмотка поднимется.
Но поток в сердечнике останется прежним.
Это потому, что ток во вторичной обмотке дает противоположный поток, который нейтрализует весь дополнительный поток первичной обмотки.
Итак, в конце мы сохраняем только поток, вызванный током намагничивания, как бы тяжело мы ни нагружали трансформатор.

Ну это должно быть так, если обмотки трансформатора имеют нулевое сопротивление.
Однако на практике обмотки трансформатора имеют некоторое сопротивление.
Ток через первичную обмотку дает определенное падение напряжения на сопротивление первичной обмотки.
Это вызывает уменьшение напряжения на первичной индуктивности (Lp), и это уменьшит ток намагничивания (Im) и магнитный поток в сердечнике.

Итак, для практических трансформаторов (с некоторым сопротивлением в обмотках) ток намагничивания и магнитный поток в сердечнике уменьшатся при загрузке трансформатор более тяжелый.
Это вызвано не сердечником трансформатора, а сопротивлением первичной обмотки. обмотка.

Номинальная мощность

Мощность, которую может выдать трансформатор, ограничена сопротивлением обмотки, а не сам сердечник.

Сопротивление обмоток приведет к понижению напряжения вторичного трансформатора. падение при более высоких токах нагрузки.
Это один из ограничивающих факторов, какое падение напряжения допустимо для вашего заявление?

Другой ограничивающий фактор: потери мощности в первичной и вторичной обмотке.
Больший ток нагрузки на вторичной обмотке означает больше потерь мощности в первичной обмотке. и вторичные обмотки.
Потеря мощности приведет к нагреву обмоток трансформатора.
Во избежание перегрева трансформатора выходной ток трансформатора должен быть ограниченным ниже некоторого максимума.

Чтобы сделать трансформатор с высокой номинальной мощностью, мы должны сохранить сопротивление как можно ниже обмотки.
В первую очередь это делают: сохраняя как можно меньшее количество витков, делая магнитный поток плотность в ядре как можно более высокая, чуть ниже насыщения.
Еще одна полезная вещь: использование большого сердечника трансформатора, а не потому, что сердечник ограничивает мощность, а потому что:

— Большой сердечник дает больше места для обмоток, поэтому мы можем использовать более толстую проволоку, чтобы уменьшить сопротивление.
— Большая площадь сердечника означает, что вы можете увеличить поток (не поток плотность) за счет уменьшения количества витков.
— Трансформатор большего размера может лучше рассеивать тепло, вызванное потерей мощности.

Калькулятор трансформаторов рассчитает для вас падение напряжения на вторичной обмотке и потери мощности в обмотках.
Вам решать, сколько падения напряжения и потери мощности приемлемы для ваш трансформатор.

Входной ток первичной обмотки трансформатора

Ток, идущий в первичную обмотку трансформатора (Ip), складывается из следующие токи:
Ток намагничивания (Im), который составляет 90 за первичным напряжением.
Ток, вызванный током вторичной нагрузки (Is), появляется ток нагрузки. на первичной обмотке величиной: Is. Ns / Np.

Ip = √ (Im + (Is.Ns / Np))

На самом деле существует также некоторый первичный ток, вызванный потерями в сердечнике, но я игнорирую это.
Не то чтобы этот ток обязательно был незначительным, но я тоже его обнаружил. сложно реализовать потери в сердечнике в калькуляторе.
Так что я просто опускаю его.
Так или иначе, ток первичного трансформатора при полной нагрузке почти только в зависимости от от вторичного тока нагрузки.

Потери в трансформаторе

В этом калькуляторе потери в трансформаторе рассчитываются на основе ток нагрузки, ток намагничивания и сопротивление обмоток постоянному току.

Однако есть и другие причины потерь в трансформаторе, такие как:
— Потери в сердечнике (потери на гистерезис и потери на вихревые токи).
— Емкость внутри и между обмотками.
— Скин-эффект и эффект близости, увеличивающие сопротивление провода при более высоких частоты.
Но я их опускаю, поэтому вам не нужно указывать все правильные параметры для эти эффекты, и для меня калькулятор не стал слишком сложным в изготовлении.

Ток намагничивания играет незначительную роль в потерях трансформатора, но I реализовали это в калькуляторе, потому что это было довольно легко сделать.

Рисунок 9

На рисунке 9 показана эквивалентная схема для трансформатора с первичной обмоткой. сопротивление (Rp), вторичное сопротивление (Rs) и первичная индуктивность (Lp).
Резистор RL — это нагрузочный резистор, который вы подключаете к трансформатору. выход.
«Идеальный трансформатор» в схеме — это воображаемое устройство без потерь, с бесконечная индуктивность и нулевое сопротивление.

Рисунок 10: упрощение рисунка 9.

На рисунке 10 показаны идеальные трансформаторы Rs и RL из рисунка 9. заменен одним резистором номиналом (Rs + RL). (Np / Ns).
Теперь можно рассчитать напряжение на катушке Lp, а затем ток намагничивания.
Я не буду подробно объяснять, как идет этот расчет, калькулятор делаем расчет за вас.
Напряжение на Lp можно умножить на Ns / Np, чтобы получить напряжение на Rs + RL.
Таким образом мы можем определить мощность во всех резисторах.

Вернуться к оглавлению.

Конструкция трансформатора

с магнитными ферритовыми сердечниками

Magnetics предлагает два метода выбора ферритового сердечника для силового применения: выбор сердечника по допустимой мощности и выбор сердечника по продукту WaAc.

Выбор сердечника по мощности передачи

Диаграмма мощности характеризует допустимую мощность каждого ферритового сердечника на основе рабочей частоты, топологии схемы, выбранного уровня магнитного потока и количества мощности, требуемой для схемы. Если эти четыре особенности известны, ядро можно выбрать из типовой диаграммы допустимой мощности.

Выбор сердечника компанией WaAc Продукт

Допустимая мощность сердечника трансформатора также может быть определена с помощью его продукта WaAc, где Wa — доступная площадь окна сердечника, а Ac — эффективная площадь поперечного сечения сердечника.Используя приведенное ниже уравнение, вычислите продукт WaAc, а затем используйте диаграмму распределения продукта по площади (WaAc), чтобы выбрать соответствующее ядро.

WaAc = произведение площади окна и площади сердечника (см ⁴)

P _o = Выходная мощность (Вт)

D _cma = Плотность тока (мкм / ампер) Плотность тока может быть выбрана в зависимости от допустимой величины нагрева. 750 окр. mils / amp является консервативным; 500 цир.милс агрессивен.

B _max = Плотность потока (Гаусс) выбирается в зависимости от частоты работы. Выше 20 кГц потери в сердечнике увеличиваются. Для работы ферритовых сердечников на более высоких частотах необходимо, чтобы уровни магнитного потока сердечника были ниже ± 2 кг. График зависимости плотности потока от частоты показывает снижение уровней магнитного потока, необходимое для поддержания потерь в сердечнике 100 мВт / см³ на различных частотах с максимальным повышением температуры на 25 ° C. для типичного силового материала — материал Magnetics ’P.

WaAc = произведение площади окна и площади сердечника (см ⁴)

Ac = Площадь сердечника в см ²

ƒ = частота (герцы)

K _t = топологическая постоянная (для коэффициента заполнения 0,4).

Константы топологии K _t

Прямой конвертер = 0,0005
Толкай-тяни = 0,001
Полумост = 0,0014
Полный мост = 0.0014
Обратный ход = 0,00033 (одна обмотка)
Обратный ход = 0,00025 (многообмотка)

Формула WaAc была получена из главы 7 книги А.И. Прессмана «Проектирование импульсного источника питания». Выбор B _max на различных частотах, D _cma и альтернативные расчеты повышения температуры трансформатора также обсуждаются в главе 7 документа. Книга Pressman.

ПЛОТНОСТЬ ПОТОКА VS. ПЕРИОДИЧНОСТЬ

После выбора сердечника можно легко произвести расчет первичных и вторичных витков и сечения проводов.

Посмотреть типичную схему управления мощностью

Диаграмма распределения продукции в области просмотра (WaAc)

Скачать в формате PDFContact Magnetics

Как рассчитать трансформатор. Расчет и изготовление силового трансформатора

Виктора Хрипченко пос. Октябрьский, Белгородская область

При расчете мощного блока питания столкнулся с проблемой — мне нужен трансформатор тока, который бы точно измерял ток.По этой теме не так много литературы. А в интернете только запросы — где найти такой расчет. Читать статью; зная, что могут быть ошибки, я подробно рассмотрел эту тему. Ошибки, конечно, присутствовали: нет согласующего резистора Rc (см. Рис. 2) для согласования тока на выходе вторичной обмотки трансформатора (он не рассчитывался). Вторичная цепь трансформатора тока рассчитывается как обычно для трансформатора напряжения (выставляют необходимое напряжение на вторичной обмотке и производят расчет).

Немного теории

Итак, для начала немного теории. Трансформатор тока работает как источник тока с заранее определенным первичным током, представляющим ток защищаемого участка цепи. Величина этого тока практически не зависит от нагрузки. трансформатор тока вторичной цепи, так как его сопротивление с нагрузкой, приведенное к числу витков первичной обмотки, ничтожно мало по сравнению с сопротивлениями элементов электрической цепи.Это обстоятельство отличает работу трансформатора тока от работы силовых трансформаторов и трансформаторов напряжения.

На рис. 1 показана маркировка концов первичной и вторичной обмоток трансформатора тока, намотанных на магнитопровод в одном направлении (I1 — ток первичной обмотки, I2 — ток вторичной обмотки). Вторичный ток I2, пренебрегая небольшим током намагничивания, всегда направлен так, чтобы размагничивать магнитную цепь.

Стрелки показывают направление токов. Следовательно, если мы возьмем за начало верхний конец первичной обмотки, то начало вторичной обмотки n также будет ее верхним концом. Принятое правило маркировки соответствует одинаковому направлению токов с учетом знака. И самое главное правило: условие равенства магнитных потоков.

Алгебраическая сумма произведений I 1 x W 1 — I 2 x W 2 = 0 (без учета малого тока намагничивания), где W 1 — количество витков первичной обмотки трансформатора тока, W 2 — количество витков витки вторичной обмотки трансформатора тока.

Пример. Допустим, вы, задав себе ток первичной обмотки 16 А, произвели расчет, а в первичной обмотке 5 витков — рассчитали. Вам задается ток вторичной обмотки, например 0,1 А и по приведенной выше формуле I 1 x W 1 = I 2 x W 2 рассчитываем количество витков вторичной обмотки трансформатора.

Вт 2 = I 1 x Вт 1 / I 2

Далее, после вычисления L2-индуктивности вторичной обмотки, ее сопротивления XL1, вычисляем U2, а затем Rc.Но это чуть позже. То есть вы видите, что, задав ток во вторичной обмотке трансформатора I2, вы только потом рассчитываете количество витков. Ток вторичной обмотки трансформатора тока I2 можно установить на любой — отсюда будет рассчитываться Rc. А также -I2 должно быть больше тех нагрузок, которые вы будете подключать

Трансформатор тока должен работать только с согласованной по току нагрузкой (это Rc).

Если пользователю требуется трансформатор тока для использования в схемах защиты, то такими тонкостями, как направление обмоток, точность резистивной нагрузки Rc, можно пренебречь, но это уже будет не трансформатор тока, а датчик тока с большая ошибка.И устранить эту ошибку можно, только создав нагрузку на устройство (я имею в виду источник питания, куда пользователь собирается поставить защиту с помощью трансформатора тока), и схемой защиты установить порог его срабатывания по току. Если пользователю требуется схема измерения тока, то необходимо соблюдать именно эти тонкости.

На рис. 2 (точки — начало обмоток) показан резистор Rc, который является составной частью трансформатора тока для согласования токов первичной и вторичной обмоток.То есть Rc устанавливает ток во вторичной обмотке. Необязательно использовать резистор в качестве Rc, можно поставить амперметр, реле, но должно быть соблюдено условие — внутреннее сопротивление нагрузки должно быть равно расчетному Rc.

Если нагрузка не согласована по току, это будет генератор перенапряжения. Позвольте мне объяснить, почему это так. Как упоминалось ранее, вторичный ток трансформатора направлен в направлении, противоположном направлению первичного тока.А вторичная обмотка трансформатора работает как размагничивающая. Если нагрузка во вторичной обмотке трансформатора не согласована по току или отсутствует, первичная обмотка будет действовать как намагничивающая. Индукция резко возрастает, вызывая сильный нагрев магнитной проволоки из-за повышенных потерь в стали. Индуктивная ЭДС в обмотке будет определяться скоростью изменения магнитного потока во времени, которая имеет наибольшее значение, когда трапецеидальный (из-за насыщения магнитной цепи) поток проходит через нулевые значения.Резко уменьшается индуктивность обмоток, что вызывает еще больший нагрев трансформатора и, в конечном итоге, его выход из строя.

Типы магнитопроводов показаны на рис. 3.

Скрученная или ленточная магнитная цепь — это одно и то же понятие, как и выражение кольцевой или тороидальный магнитный контур: оба они встречаются в литературе.

Это может быть ферритовый сердечник или Е-образный трансформаторный железный, или ленточный сердечник. Ферритовые сердечники обычно используются на более высоких частотах — 400 Гц и выше в связи с тем, что они работают в слабых и средних магнитных полях (W = 0.3 т максимум). А поскольку ферриты, как правило, обладают высокой магнитной проницаемостью µ и узкой петлей гистерезиса, они быстро попадают в область насыщения. Выходное напряжение на вторичной обмотке при f = 50 Гц составляет несколько вольт или меньше. Ферритовые сердечники обычно маркируются с указанием их магнитных свойств (например, M2000 означает магнитную проницаемость сердечника µ, равную 2000 единиц).

На ленточных магнитопроводах или на W-образных пластинах такой маркировки нет, поэтому их магнитные свойства необходимо определять экспериментально, и они работают в средних и сильных магнитных полях (в зависимости от используемой марки электротехнической стали — 1.5 … .2 Тл и более) и применяются на частотах 50 Гц … .400 Гц. Кольцевые или тороидальные витые (ленточные) магнитопроводы также работают на частоте 5 кГц (и даже до 25 кГц из пермаллоя). При расчете S — площади поперечного сечения ленточного тороидального магнитопровода рекомендуется для большей точности результат умножить на коэффициент k = 0,7 … 0,75. Это связано с конструктивной особенностью ленточных магнитопроводов.

Что представляет собой ленточный магнитопровод (рис.3)? Стальную полосу толщиной 0,08 мм и более наматывают на оправку, а затем отжигают на воздухе при температуре 400 … 500 ° С для улучшения их магнитных свойств. Затем эти формы обрезаются, края шлифуются, и собирается магнитопровод. Кольцевые (сплошные) скрученные магнитопроводы из тонких ленточных материалов (пермаллой толщиной 0,01 … 0,0,05 мм) при намотке покрываются электроизоляционным материалом, а затем отжигаются в вакууме при 1000 … .1100 ° C.

Для определения магнитных свойств таких магнитопроводов необходимо намотать 20… 30 витков провода (чем больше витков, тем точнее будет значение магнитной проницаемости сердечника) на сердечник магнитопровода и измерить L-индуктивность этой обмотки (мкГн). Вычислить S — площадь поперечного сечения сердечника трансформатора (мм2), lm — средняя длина магнитопровода (мм). И по формуле рассчитаем jll — магнитную проницаемость сердечника:

(1) µ = (800 x L x пог.м) / (N2 x S) — для ленты и W-образной жилы.

(2) µ = 2500 * L (D + d) / W2 x C (D — d) — для кольцевого (тороидального) сердечника.

При расчете трансформатора на более высокие токи в первичной обмотке используется провод большого диаметра, и здесь понадобится витая магнитная цепь (U-образная), витой кольцевой сердечник или ферритовый тороид.

Если кто-то держал в руках промышленный трансформатор тока для высоких токов, он видел, что на магнитной цепи нет первичной обмотки, но есть широкая алюминиевая шина, проходящая через магнитную цепь.

Я тогда вспомнил, что расчет трансформатора тока можно сделать, задав W — магнитную индукцию в сердечнике, в то время как первичная обмотка будет состоять из нескольких витков, и вам придется страдать, наматывая эти витки на сердечник трансформатора. . Или необходимо рассчитать магнитную индукцию W поля, создаваемого проводником с током в сердечнике.

А теперь приступим к расчету трансформатора тока по законам .

Вы устанавливаете ток первичной обмотки трансформатора тока, то есть ток, которым вы будете управлять в цепи.

Пусть это будет I1 = 20 А, частота, на которой будет работать трансформатор тока, f = 50 Гц.

Возьмите ленточный кольцевой сердечник OJ125 / 40-10 или (40х25х10 мм), схематически показанный на рис. 4.

Размеры: D = 40 мм, d = 25 мм, C = 10 мм.

Далее идут два расчета с подробным объяснением того, как именно рассчитывается трансформатор тока, но слишком много формул затрудняет выкладывание расчетов на странице сайта.По этой причине полная версия статьи о том, как рассчитать трансформатор тока, была преобразована в PDF и может быть загружена с помощью

Трансформатор — это тип электрического компонента, который предназначен для преобразования напряжения и тока из одной величины в другую пропорционально потребляемой мощности на входе и выходе. Этот элемент силового оборудования обычно может содержать одну первичную обмотку и одну или несколько вторичных.

Являясь довольно сложным устройством, расчет трансформатора иногда занимает много времени и не каждый может сделать это качественно.Но от правильности процесса зависит очень многое. Стабильность работы Устройство готово, КПД, потребляемая мощность. Кроме того, при неверном расчете с заводным устройством может произойти множество непонятных вещей:

перегрев;
издает вызывной сигнал при работе;
потребляют большое количество энергии с низким КПД и так далее.

В более серьезных ситуациях он может даже загореться, что вызовет дополнительные проблемы.Поэтому многих интересует вопрос, как рассчитать трансформатор того или иного типа, чтобы он выдавал необходимое количество электрической мощности, а коэффициент полезного действия был максимально приближен к 1 .

Но сразу стоит вас уверить, что КПД равный 1 — это нереальный фактор, потому что потери присутствуют всегда, поэтому при расчете онлайн или традиционным методом увидеть показатель равный 40% при расчете силового трансформатора на железо — это хорошо.Для импульсных устройств программа расчета даст не менее 55-60%. Поэтому, если вы хотите сделать устройство максимально эффективным, то выбирайте именно импульсный тип трансформатора, но если вы хотите сделать надежный блок питания, где не важна потребляемая мощность, то, конечно, мы учитываем трансформатор утюг.

Порядок расчета трансформаторов

Все программы для расчета трансформаторов обрабатывают данные по формулам, известным нам из научных публикаций, поэтому правильность своей программы всегда можно проверить.Но необходимость знать табличные значения может ввести вас в заблуждение … Поэтому сейчас разберем некоторые детали расчета трансформаторов с тороидальным сердечником на трансформаторном железе или на феррите.

Тороид обладает лучшими свойствами по сравнению со всеми другими типами сердечников, так как в нем отсутствуют зазоры, и, как следствие, потери на вихревые токи сведены к минимуму. Поэтому КПД таких трансформаторов значительно выше, поэтому если вы хотите сделать качественное устройство, то используйте именно этот тип сердечника, правда, на него сложнее намотать обмотку, но оно того стоит.

Шаги определения параметров

Прежде всего, для правильного расчета вам потребуется определить основные параметры будущего трансформатора. К ним относятся:

напряжение и ток первичной обмотки;
такие же показатели на вторичной обмотке.

Далее рассчитывается количество витков на каждой из обмоток, по таблице и полученным результатам расчета тока выбирается тип провода, но для начала нужно измерить размеры сердечника, если таковой имеется.Или, наоборот, выставить необходимую мощность и рассчитать параметры кольца. Это то, что предлагают все онлайн-программы расчета трансформаторов.

Выбирая количество витков на первичной обмотке, необходимо помнить, что если их будет недостаточно, она сильно нагреется и со временем перегорит. А при достаточно большом напряжении напряжение на вторичке будет небольшим, поэтому необходимо использовать строго справочные данные и формулы из учебников.

Рассмотрим пример расчета трансформатора, намотанного на тороидальном сердечнике и запитанного от сети с частотой 50 Гц.

Для упрощения процесса расчета устройства можно использовать табличные данные, в которых показаны формулы и переменные, используемые для определения параметров обмоточного изделия, сведенные в таблицу ниже:

Для изготовления сердечников таких сетевых трансформаторов используются 2 марки стали:

Э310-330 холоднокатаный тип и толщина листа в пределах 0.35-0,5 мм;
Сталь Э340-360 обыкновенная толщиной 0,05 — 0,1 мм.

Следует понимать, что количество витков для каждого вида стали может быть разным, что связано с магнитной проницаемостью сердечника и другими показателями. Однако в таблице ω 1 и ω 2 — количество витков для холоднокатаной и обычной стали соответственно. Рг — общая мощность трансформатора; S — параметры сердечника (площадь поперечного сечения), ∆ — максимально допустимая плотность тока в обмотках; η — КПД устройства.

Одной из особенностей изготовления тороидального трансформатора является использование внешней и межобмоточной изоляции, поэтому жилы должны быть достаточно упругими. В качестве таковых часто выбирают ПЕЛШО или ПЕШО , также популярны ПЭВ-2. В качестве внешнего утеплителя используются следующие виды материалов:

ткань лакированная;
батистовая лента;
триацетатная пленка;
пленка фторопласт.

Преимущества использования программ

Одним из преимуществ использования онлайн-калькуляторов для расчета параметров трансформатора является отсутствие необходимости во всех вышеперечисленных нюансах.Но результат приблизительный , поэтому это важно помнить при использовании той или иной программы. Конечно, есть проекты лучше с расчетом трансформаторов, в которых учитывается толщина изоляционной пленки, тип стали, плотность намотки.

Основные формулы и порядок их применения

Далее необходимо установить основные параметры будущего трансформатора. К ним относятся сетевое напряжение Uc и выходное напряжение вторичной обмотки Uн.Так же выставляем ток в нагрузке Iн, именно этот показатель зачастую является наиболее важным, определяющим характеристики устройства.

Некоторые калькуляторы вместе с вводом данных в форму также показывают основные формулы, по которым определялось полученное значение. Это значительно облегчает процесс и в то же время позволяет глубже понять принцип расчета. В любом случае при указании основных данных в форме программа в первую очередь определяет мощность нВ вторичной обмотки по известной формуле:

Следующим шагом в расчете параметров любого тороидального трансформатора является определение сечения сердечника.Рассчитывается по формуле:

S расчет = √Pg / 1,2.

Для правильного выбора жилы необходимо использовать следующую формулу расчета сечения:

S = (Dc — dc) hc / 2.

Далее, используя справочную таблицу основных параметров, выбираем наиболее близкую по характеристикам. Необходимо подбирать магнитопровод большей мощности, чем рассчитанная по формуле.

Следующим шагом, который выполняет программа расчета сварочного или силового трансформатора с питанием от сети 50 Гц , является определение количества витков на вольт.Для этого нужно использовать постоянные значения, взятые из справочника. Дело в том, что для каждого типа сердечника есть своя константа. Например, для магнитопровода из стали Э320 он равен 33,3, а формула выглядит следующим образом:

Вт 1-1 = ω 1 x Uc;

Вт 1-2 = ω 1 х У н.

При расчете количества витков на обмотках сварочного тороидального трансформатора необходимо учитывать рассеиваемую мощность, из-за которой выходное напряжение будет занижено на 3%.Поэтому для правильных расчетов рекомендуется увеличить количество витков вторичной обмотки именно на эту разницу.

Следующим шагом будет определение диаметра провода обеих обмоток. Для этого рассчитывается значение тока в первичной обмотке:

I 1 = 1,1 (P2 / Uc). И по формуле:

d 1 = 1,13√ I 1 / ∆ определяется параметр проволоки.

Этот расчет действителен для всех типов трансформаторов, как силовых, так и сварочных трансформаторов, питающихся от сети с частотой 50 Гц.Программа расчета выполняет те же операции, что описаны выше. Только она может оперировать данными в любом порядке. Например, задав количество витков, можно определить напряжение и мощность сердечника, введя параметры сердечника, можно узнать мощность и электрические характеристики трансформатора.

Расчет импульсного трансформатора

Как и обычный силовой трансформатор, импульсные трансформаторы также можно рассчитать с помощью онлайн-калькуляторов и различных программ.Формулы будут аналогичными, но нужно будет учитывать магнитную проницаемость и другие параметры ферритового сердечника. Ведь качество и правильность готового устройства напрямую зависит от его свойств.

При выполнении расчетов для сварки импульсных трансформаторов с помощью программ многие из них дают подсказки, представляют мостовые схемы выпрямителя и так далее. Все это значительно упрощает процесс, так как традиционными методами это сложно. Но в целом принцип остается прежним.А что касается программ-калькуляторов, то в Интернете их огромное количество для расчета любых импульсных или обычных сетевых устройств различной мощности и электрических параметров.

Что делать, если вы приобрели бывшее в употреблении оборудование?
Самостоятельный расчет силовой обмотки трансформатора
Формула расчета мощности
Обеспечение переданного материала для расчета мощности

Каждый из нас знает, что такое трансформатор. Он служит для преобразования напряжения в большее или меньшее значение.Когда мы приобретаем трансформатор в специализированных магазинах, как правило, в инструкции к ним есть полное техническое описание. Вам не нужно читать все его параметры и измерять их, так как все они уже рассчитаны и выведены производителем. В инструкции можно найти такие параметры, как мощность трансформатора, входное напряжение, выходное напряжение, количество вторичных обмоток, если их количество превышает единицу.

Что делать, если вы приобрели бывшее в употреблении оборудование?

Но если вы уже использовали оборудование в руках и не знаете его функциональности, вам необходимо самостоятельно рассчитать обмотку трансформатора и его мощность.Но как хотя бы приблизительно рассчитать обмотку трансформатора и его мощность? Стоит отметить, что такой параметр, как мощность трансформатора, является очень важным показателем для данного устройства, поскольку от него будет зависеть, насколько функциональным будет устройство, собранное из него. Чаще всего его используют для создания блоков питания.

Прежде всего, следует отметить, что мощность трансформатора зависит от потребляемого тока и напряжения, которые необходимы для его работы.Для того, чтобы рассчитать мощность, нужно умножить эти два показателя: потребляемый ток и напряжение питания устройства. Эта формула всем знакома со школы, выглядит она так:

P = Un * In, где

Uн — напряжение питания, измеренное в вольтах, Iн — потребляемый ток, измеренный в амперах, P — потребляемая мощность, измеренная в ваттах.

Если у вас есть трансформатор, который вы хотите измерить, вы можете сделать это прямо сейчас, используя следующий метод.Для начала нужно осмотреть сам трансформатор и определить его тип и используемые в нем сердечники. Глядя на трансформатор, нужно понимать, какой тип сердечника в нем используется. Наиболее распространен W-образный тип сердечника.

Этот сердечник применяется в трансформаторах не самых лучших, по КПД, но их легко найти на полках магазинов электротоваров или открутить от старого и неисправного оборудования. Доступность и довольно низкая цена делают их довольно популярными среди любителей собирать устройство своими руками.Вы также можете приобрести тороидальный трансформатор, иногда называемый кольцевым трансформатором. Он намного дороже первого и имеет лучшие показатели эффективности и других качественных показателей; он используется в достаточно мощных и высокотехнологичных устройствах.

Вернуться к содержанию

Самостоятельный расчет силовой обмотки трансформатора

Используя книги по радиотехнике и электронике, мы можем самостоятельно произвести расчет со стандартным W-образным сердечником. Чтобы рассчитать мощность такого устройства, как трансформатор, необходимо правильно рассчитать сечение магнитопровода.Что касается стандартных трансформаторов с W-образным сердечником, размер поперечного сечения магнитопровода будет измеряться длиной поставляемых пластин, изготовленных из специальной электротехнической стали. Итак, чтобы определить сечение магнитопровода, необходимо умножить два показателя, например, толщину набора пластин и ширину центрального лепестка W-образной пластины.

Взяв линейку, можно измерить ширину комплекта излучаемого трансформатора. Очень важно, чтобы все измерения лучше всего проводить в сантиметрах, а также расчеты.Это может исключить появление ошибок в формулах и избавить вас от лишних вычислений при переводе с сантиметров в метры. Итак, образно принимаем ширину рядов равной трем сантиметрам.

Далее необходимо измерить ширину его центрального лепестка. Эта задача может стать проблематичной, поскольку многие трансформаторы по своим технологическим особенностям могут быть закрыты пластиковым каркасом. В этом случае вы не сможете, не увидев предварительно реальную ширину, произвести какие-либо расчеты, которые хотя бы близко будут напоминать реальные.Чтобы измерить этот параметр, нужно искать места, где это можно было бы сделать. В противном случае вы можете аккуратно разобрать его корпус и измерить этот параметр, но делать это нужно с максимальной точностью.

Вернуться к содержанию

Формула расчета мощности

Найдя открытое место или разобрав инструмент, вы можете измерить толщину центральной доли. Условно примем этот параметр равным двум сантиметрам.Стоит напомнить, что, примерно рассчитывая мощность, измерения следует производить максимально точно. Далее необходимо умножить размер набора магнитопровода, равный трем сантиметрам, и толщину лепестка пластины, равную двум сантиметрам. В результате мы получаем сечение магнитопровода шесть квадратных сантиметров. Для дальнейшего расчета необходимо ознакомиться с такой формулой, как S = 1,3 * √Ptr, где:

S — площадь поперечного сечения магнитопровода.2 = 20,35 Вт

После всех расчетов получаем абстрактное значение 20,35 Вт, которое будет сложно найти в трансформаторах с W-образным сердечником. Реальные значения колеблются около семи ватт. Этой мощности будет вполне достаточно для сборки блока питания оборудования, работающего на звуковых частотах и имеющего мощность в диапазоне от 3 до 5 Вт.

Расчет силового трансформатора

Трансформатор — это пассивный преобразователь энергии. Его коэффициент полезного действия (COP) всегда меньше единицы.Это означает, что мощность, потребляемая нагрузкой, подключенной к вторичной обмотке трансформатора, меньше мощности, потребляемой нагруженным трансформатором от сети. Известно, что мощность равна произведению силы тока и напряжения, поэтому в повышающих обмотках ток меньше, а в понижающих больше тока, потребляемого трансформатор от сети.

Параметры и характеристики трансформатора.

Два разных трансформатора с одинаковым напряжением сети могут быть спроектированы для получения одинаковых вторичных напряжений. Но если нагрузка первого трансформатора потребляет больше тока, а второго мало, это означает, что первый трансформатор отличается по сравнению со вторым большей мощностью. Чем больше ток в обмотках трансформатора, тем больше магнитный поток в его сердечнике, поэтому сердечник должен быть толще. Кроме того, чем больше ток в обмотке, тем толще должен быть намотан провод, а это требует увеличения окна сердечника.Поэтому габариты трансформатора зависят от его мощности. И наоборот, сердечник определенного размера подходит для изготовления трансформатора только до определенной мощности, которая называется общей мощностью трансформатора. Количество витков вторичной обмотки трансформатора определяет напряжение на его выводах. Но это напряжение также зависит от количества витков первичной обмотки. При определенном значении напряжения питания первичной обмотки напряжение вторичной обмотки зависит от отношения числа витков вторичной обмотки к числу витков первичной.Этот коэффициент называется коэффициентом трансформации. Если напряжение на вторичной обмотке зависит от коэффициента трансформации, нельзя произвольно выбирать количество витков одной из обмоток. Чем меньше размеры сердечника, тем больше должно быть витков каждой обмотки. Следовательно, размер сердечника трансформатора соответствует весьма определенному числу витков его обмоток на один вольт напряжения, меньшее, чем может быть принято. Эта характеристика называется числом витков на вольт.

Как и любой преобразователь мощности, трансформатор имеет коэффициент полезного действия — отношение мощности, потребляемой нагрузкой трансформатора, к мощности, потребляемой загруженным трансформатором из сети. КПД трансформаторов малой мощности, которые обычно используются для питания бытовой электроники, составляет от 0,8 до 0,95. Более высокие значения имеют трансформаторы большей мощности.

Электрический расчет трансформатора

Перед расчетом трансформатора необходимо сформулировать требования, которым он должен удовлетворять.Они будут исходными данными для расчета. Технические требования к трансформатору также определяются расчетом, в результате которого определяются напряжения и токи, которые должны обеспечивать вторичные обмотки. Поэтому перед расчетом трансформатора рассчитывается выпрямитель, чтобы определить напряжения каждой из вторичных обмоток и токи, потребляемые от этих обмоток. Если напряжения и токи каждой из обмоток трансформатора уже известны, то они являются техническими требованиями к трансформатору.Чтобы определить общую мощность трансформатора, необходимо определить мощность, потребляемую от каждой из вторичных обмоток, и сложить их, учитывая также КПД трансформатора … Мощность, потребляемая от любой обмотки, определяется путем умножения напряжения между выводы этой обмотки по силе потребляемого с нее тока:

П — мощность, потребляемая с обмотки, Вт;

U– действующее значение напряжения, снимаемого с этой обмотки, В;

I — эффективное значение тока, протекающего в той же обмотке, А.

Суммарная мощность, потребляемая, например, тремя вторичными обмотками, рассчитывается по формуле:

PS = U 1 I 1 + U 2 I 2 + U 3 I 3

Для определения общей мощности трансформатора, полученное значение полной мощности PS необходимо разделить на КПД трансформатора: P g =, где

P g — общая мощность трансформатора; η — КПД трансформатора.

Заранее рассчитать КПД трансформатора невозможно, так как для этого нужно знать величину потерь энергии в обмотках и в сердечнике, которые зависят от параметров самих обмоток (диаметров проводов и их длины. ) и параметров сердечника (длина силовой линии и марка стали).И те, и другие параметры становятся известны только после расчета трансформатора. Поэтому с достаточной точностью для практического расчета КПД трансформатора можно определить по таблице 6.1.

Таблица 6.1

Суммарная мощность, Вт
КПД трансформатора

Наиболее распространенными формами сердечников являются O-образная и W-образная формы.На О-образном сердечнике обычно две катушки, а на W-образном сердечнике — одна. Зная общую мощность трансформатора, находят сечение рабочего сердечника его сердечника, на котором расположена катушка:

Сечение рабочего сердечника сердечника является произведением ширины рабочего сердечника a и толщина упаковки c. Размеры a и c выражены в сантиметрах, а поперечное сечение — в квадратных сантиметрах.

После этого выбирается тип пластин трансформаторной стали и определяется толщина пакета сердечников.Сначала находят примерную ширину рабочего сердечника сердечника по формуле: а = 0,8

Затем по полученному значению а выбирают тип пластин трансформаторной стали из имеющихся и фактическую ширину рабочего сердечника. ядро найдено. после чего определяется толщина пакета сердечников:

Количество витков на 1 вольт напряжения определяется сечением рабочего сердечника сердечника трансформатора по формуле: n = k / S, где N — количество витков на 1 В; k — коэффициент, определяемый свойствами сердечника; S — сечение рабочей жилы жилы, см 2.

Из приведенной выше формулы видно, что чем меньше коэффициент k, тем меньше витков будут иметь все обмотки трансформатора. Однако коэффициент k нельзя выбрать произвольно. Его значение обычно лежит в пределах от 35 до 60. В первую очередь это зависит от свойств пластин трансформаторной стали, из которых собирается сердечник. Для С-образных жил, скрученных из тонкой ленты, можно взять k = 35. Если используется О-образный сердечник, собранный из П- или Г-образных пластин без отверстий по углам, берут k = 40.Такое же значение ki для пластин типа УШ, у которых ширина боковых жил больше половины ширины средней жилы. При использовании пластин типа Ш без отверстий в углах, для которых ширина средний сердечник ровно в два раза больше ширины внешних жил, желательно брать k = 45, а если у Ш-образных пластин есть отверстия, то k = 50. Таким образом, выбор k во многом произвольный и может варьироваться в определенных пределах, учитывая, что уменьшение k облегчает намотку, но ужесточает режим трансформатора.При использовании пластин из высококачественной трансформаторной стали этот коэффициент можно немного уменьшить, а при использовании стали низкого качества — увеличить.

Зная необходимое напряжение каждой обмотки и количество витков на 1 В, несложно определить количество витков обмотки, умножив эти значения: W = Un

Это соотношение справедливо только для первичной обмотки, а при определении количества витков вторичных обмоток необходимо ввести дополнительную приблизительную поправку для учета падения напряжения на самой обмотке от тока нагрузки, протекающего по ее проводу: W = mUn

Коэффициент m зависит от ток, протекающий через данную обмотку (см. таблицу 6.2). Если сила тока меньше 0,2 А, можно принять m = 1. Толщина провода, наматывающего обмотку трансформатора, определяется током, протекающим по этой обмотке. Чем больше ток, тем толще должна быть проволока, точно так же, как более толстая труба требуется для увеличения потока воды. Сопротивление обмотки зависит от толщины провода. Чем тоньше провод, тем больше сопротивление обмотки, следовательно, выделяемая в ней мощность увеличивается и она больше нагревается.Для каждого типа обмоточного провода существует предел допустимого нагрева, который зависит от свойств эмалевой изоляции. Следовательно, диаметр провода можно определить по формуле: d = p, где d — диаметр провода в меди, м; I — ток в обмотке, А; p — коэффициент (таблица 6.3), учитывающий допустимый нагрев проволоки конкретной марки.

Таблица 6.2: Определение коэффициента м

Таблица 6.3: Выбор диаметра проволоки.

Выбрав коэффициент p, можно определить диаметр проволоки каждой обмотки. Найденное значение диаметра округляется в большую сторону.

Ток в первичной обмотке определяется с учетом общей мощности трансформатора и напряжения сети:

Практическая работа:

U 1 = 6,3 В, I 1 = 1,5 А; U 2 = 12 В, I 2 = 0,3 А; U 3 = 120 В, I 3 = 59 мА

Трансформаторы постоянно используются в различных схемах, в осветительных приборах, источниках питания цепей управления и другом электронном оборудовании.Поэтому довольно часто требуется рассчитать параметры устройства в соответствии с конкретными условиями эксплуатации. Для этих целей можно использовать специально разработанный онлайн-калькулятор для расчета трансформатора. Простая таблица требует заполнения исходными данными в виде значения входного напряжения, габаритных размеров, а также выходного напряжения.

Преимущества онлайн-калькулятора

В результате расчета трансформатора онлайн получаются параметры на выходе в виде мощности, тока в амперах, количества витков и диаметра провода в первичной и вторичной обмотках.

Есть такие, которые позволяют быстро производить расчеты трансформатора. Однако они не дают полной гарантии от ошибок расчетов. Чтобы избежать подобных неприятностей, используется программа онлайн-калькулятора. Полученные результаты позволяют проектировать трансформаторы на различные мощности и напряжения. С помощью калькулятора проводятся не только расчеты трансформатора. Есть возможность изучить его структуру и основные функции.Запрошенные данные вставляются в таблицу, и остается только нажать желаемую кнопку.

Благодаря онлайн-калькулятору никаких самостоятельных расчетов не требуется. Полученные результаты позволяют перематывать трансформатор своими руками. Большинство необходимых расчетов производятся по размерам сердечника. Калькулятор максимально упрощает и ускоряет все расчеты. Необходимые пояснения можно получить из инструкций и в дальнейшем строго следовать их инструкциям.

Конструкция магнитопроводов трансформатора представлена в трех основных вариантах — армированная, стержневая и. Другие модификации встречаются гораздо реже. Для расчета каждого типа требуются исходные данные в виде частоты, входного и выходного напряжения, выходного тока и размеров каждой магнитной цепи.

(PDF) Сравнение методов расчета повышения температуры сердечника силового трансформатора

Методы расчета повышения температуры сердечника 2016 60 2

[4] Карсай К., Kerényi, D., Kiss, L. «Трансформаторы большой мощности». Elsevier

Издательская компания. 1987.

[5] Палмер С., Реле А. «Охлаждение больших сердечников трансформатора». IEEE

Транзакции по силовым приборам и системам. PAS-91 (4), pp. 1527–

1535. 1972. DOI: 10.1109 / tpas.1972.293305

[6] «Стандарт IEEE для общих требований к жидкостным распределительным, силовым и регулирующим трансформаторам

. » IEEE Std C57.12.00-

2006, 2007. DOI: 10.1109 / IEEESTD.2007.323389

[7] Кулкарни, С. В., Хапарде, С. «Трансформаторостроение: проектирование и практика

». CRC Press, 2004. DOI: 10.1201 / 9780203970591

[8] Райдер, С. А., Воган, И. Дж. «Простой метод расчета повышения температуры сердечника

в силовых трансформаторах». IEEE Transactions on Power

Delivery. 19 (2), стр. 637–642. 2004. DOI: 10.1109 / tpwrd.2003.820222

[9] Райан, Х.М. «Техника и испытания высокого напряжения». 3-е издание. IET,

2013. DOI: 10.1049 / pbpo066e

[10] Olivares-Galvan, J., Georgilakis, P., Fofana, I., Magdaleno-Adame,

S., Campero-Littlewood, E., Esparza -Гонсалес, М. «Библиографический анализ

литературы по трансформаторам 2001-2010 гг.» В: 8-я Средиземноморская конференция

по производству, передаче, распределению и преобразованию энергии

Преобразование (MEDPOWER 2012) 2012.DOI: 10.1049 / cp.2012.2043

[11] Оливарес-Гальван, Дж., Эскарелла-Перес, Р., Георгилакис, П., Фофана, И.,

Магдалено-Адаме, С. «Библиографический анализ трансформатора. литера-

тур 1990-2000 гг. » Электротехника и электроника. 2 (3), pp. 96–

121. 2012. DOI: 10.5923 / j.eee.20120203.02

[12] Амоиралис, Э.И., Цили, М.А., Георгилакис, П.С. «Современное состояние техники

. методы проектирования и оптимизации трансформаторов: обзор

вей.»Journal of Optoelectronics and Advanced Materials. 10 (5), pp.

1149-1158. 2008.

[13] Khatri, A., Malik, H., Rahi, O.» Оптимальная конструкция силового трансформатора

с использованием генетического алгоритма ». В: Коммуникационные системы и сетевые технологии

(CSNT), 2012 Международная конференция, 11-13 мая

2012. стр. 830–833. DOI: 10.1109 / csnt.2012.180

[14] Gotter , G. «Erwarmung und Kühlung elektrischer Maschinen.» (Отопление

и охлаждение электрических машин.) Springer-Verlag, 1954. (на немецком языке)

DOI: 10.1007 / 978-3-642-50337-5

[15] Kuchler, R. «Die Transformatoren: Grunlagen Fur Ihre Berechnung

und Konstrukion». (Трансформаторы: основы расчета и проектирования.)

Springer-Verlag, 1966. (на немецком языке) DOI: 10.1007 / 978-3-642-52496-7

[16] Taylor, ED, Berger, B., Western, BE «Экспериментальный подход к

охлаждению катушек трансформатора естественной конвекцией». Труды

ИЭЭ. Часть А: Энергетика.105 (20), стр. 141–152. 1958.

DOI: 10.1049 / pi-a.1958.0034

[17] Del Vecchio, RM, Poulin, B., Feghali, PT, Shah, DM, Ahuja, R.

«Принципы проектирования трансформаторов: с приложениями к сердечник силовой

трансформаторов ». CRC Press, 2001. DOI: 10.1201 / ebk1439805824

[18] Валкович, З. «Некоторые аспекты дополнительных потерь в ступенчатых соединениях внахлест сердечника трансформатора

». COMPEL-Международный журнал по вычислительной технике

и математике в электротехнике и электронной технике.11 (1), стр.

137–140. 1992. DOI: 10.1108 / eb051771

[19] Weh, H. «Die zweidimensionale warmeströmung im geschichteten trans-

formatorkern.» (Двумерный тепловой поток в сердечнике трансформатора.)

Электротехника (Архив мех. Электротехники). 41 (2), стр. 122–126.

1953. (на немецком языке) DOI: 10.1007 / bf01576220

[20] Хиггинс, Т. Дж. «Формулы для расчета распределения температуры в сердечниках трансформаторов

и других электрических приборах прямоугольного сечения —

тация.»Электротехника. 64 (4), стр. 190–194. 1945.

DOI: 10.1109 / ee.1945.6440972

[21] Кокрофт, Дж.» Распределение температуры в трансформаторе или другом сердечнике лампы

прямоугольного поперечного сечения, в котором тепло генерируется с одинаковой скоростью

».« Mathematical Proceedings of the Cambridge Philosophical

Society. 225, стр. 759-772. 1925. DOI: 10.1017 / s0305004100009646

[22] Roth , E. «Введение в аналитические исследования машинных

китайских электриков.»(Введение в аналитическое исследование нагрева

электрических машин.) Э. Широн, Париж, 1927. (на французском языке)

[23] Бухгольц, Х.» Die zweidimensionale warmeströmung des behavior-

szustandes im rechteckigen querschnitt geblatterter eisenkörper bei

achenhaft, unstetig oder stetig verteilten warmequellen. «(Двухмерный тепловой поток

в стационарных условиях в прямоугольном поперечном сечении

сердцевина с охлаждающими каналами, прерывистые или непрерывные распределенные источники тепла

.) ZAMM-Journal of Applied Mathematics and Mechanics /

Zeitschrift für Angewandte Mathematik und Mechanik. 14 (5), pp. 285–

294. 1934. (на немецком языке) DOI: 10.1002 / zamm.19340140505

[24] Ю. К., Басак А. «Оптимальная конструкция сердечников трансформатора на основе анализа

Ux и потеря железа с помощью нового программного обеспечения ». IEEE Transactions

on Magnetics. 29 (2), стр. 1446–1449. 1993. DOI: 10.1109 / 20.250675

[25] Li, Y., Li, L., Jing, Y., Ли, С., Чжан, Ф. «Расчет и анализ

повышения температуры в горячих точках деталей конструкции трансформатора на основе метода магнитотермической связи

». В: Электрические машины и системы

(ICEMS), Международная конференция 2013 г., 26-29 октября 2013 г., Пусан,

, стр. 2259–2262. DOI: 10.1109 / icems.2013.6754556

[26] Цивгули, А. Дж., Цили, М. А., Георгилакис, П. С., Кладас, А. Г., Суарис,

А., Папаригас, Д.G. «Методология конечных элементов для точного определения до

и минимизации потерь холостого хода в силовых трансформаторах». URL:

http://users.ntua.gr/pgeorgil/Files/C55.pdf

[27] Амоиралис, Э. И., Цили, М. А., Кладас, А. Г. «Конструкция трансформатора и оптимизация

: обзор литературы». IEEE Transactions on Power Delivery.

24 (4), стр. 1999–2024. 2009. DOI: 10.1109 / tpwrd.2009.2028763

[28] Этейба, М., Азиз, М.М.А., Шазлы, Дж.З. «Чувствительность установившихся температур силовых трансформаторов с элегазовой изоляцией SF к выбранным параметрам па-

». IEEE Transactions on Power Delivery. 24 (3), стр. 1249–1256.

2009. DOI: 10.1109 / tpwrd.2009.2021028

[29] TeNyenhuis, E. G., Girgis, R. S., Mechler, G. F., Zhou, G. «Расчет

температуры горячей точки в силовых и распределительных трансформаторах».

Транзакции IEEE при подаче питания. 17 (4), стр.991–995. 2002.

DOI: 10.1109 / tpwrd.2002.803703

[30] Анджелич, З., Фазлагич, А., Гиргис, Р.С. «Применение трехмерного моделирования

для решения полевых задач и повышения производительности больших силовых трансформаторов

. . » В: Конференция по передаче и распределению

и выставка, 2005/2006 IEEE PES, 21-24 мая 2006 г. Даллас, Техас. С.

62–68. DOI: 10.1109 / TDC.2006.1668455

[31] Цили М.А., Амоиралис Э.И., Кладас, А. Г., Суарис, А. Т. «Тепловой анализ преобразователя Power Trans-

с использованием усовершенствованной комбинированной трехмерной модели теплопередачи

и жидкостного потока». Международный журнал термических наук.

53, стр. 188–201. 2012. DOI: 10.1016 / j.ijthermalsci.2011.10.010

[32] Ким Дж. «ANSYS термический анализ». Teasung S&E Inc., 2002.

[33] Садику М. «Элементы электромагнетизма». Oxford University Press,

США. 2014.

[34] Каян, К.«Электро-геометрический аналог сложного теплового потока».

Транзакции ASME. 67 (8), стр. 713–716. 1945.

[35] Симмонс У. «Аналог для решения задач теплопроводности».

Прогресс химического машиностроения. 52, 1956.

[36] Бирке, П., Палмер, С. «Емкостно-связанный магнитный преобразователь потока». IEEE

Транзакции по силовым аппаратам и системам, PAS-89 (7), стр. 1635–

1642. 1970. DOI: 10.1109 / tpas.1970.2

[37] Hammond, P.«Метод Рота для решения

краевых задач в электротехнике». Труды Учреждения

инженеров-электриков. 114 (12), стр. 1969–1976. 1967.

DOI: 10.1049 / piee.1967.0373

Acta Energetica — Проектирование трансформаторов

Трансформатор однофазный или трехфазный, обычно состоит из следующих элементов:

а) магнитопровод, состоящий из ветвей (сердечника), ярм и зажимных конструкций (обеспечивающих путь потока

б) электрическая цепь, состоящая из обмотки низкого напряжения (НН), обмотки высокого напряжения (ВН)

c) диэлектрическая цепь, состоящая из изоляции разной формы и используемая в разных местах трансформатора, а именно: сердечник к НН, НН к ВН и т. Д.

d) бак и аксессуары, такие как масло, охлаждающие устройства, расширители, сапуны, оконечные изоляторы и провода.

Магнитопровод трансформатора изготовлен из многослойной электротехнической стали, содержащей от 3 до 4% кремния. Для уменьшения потерь на вихревые токи толщина ламинации должна иметь очень низкий предел. Таким образом, для жил используется толщина от 0,3 до 0,5 мм. Содержание кремния в стали увеличивает ее сопротивление вихревым токам. Сталь становится хрупкой, если содержание кремния превышает 3–4%.Магнитные свойства сплава никеля и железа намного лучше, чем у кремнистой стали, но его высокая стоимость делает его неэкономичным для использования в силовых или распределительных трансформаторах.

Расположение штамповок меняется на обратное в последовательных группах штамповок, как показано на рис. 1 и 2.

Рис. 1. 1 ^st, 3 ^rd, 5 ^th, слои и т. Д.

Рис. 2. 2 ^nd, 4 ^th, 6 ^th, слои и т. Д.

Эта конструкция покрывает стыки и снижает намагничивающую составляющую тока холостого хода. Как правило, в трансформаторе с сердечником используются круглые катушки (обмотки), что теоретически указывает на необходимость использования круглого сердечника. В случае трансформаторов с малым сердечником можно использовать прямоугольный или квадратный отвод, как показано на рис. 3.

Рис. 3. Изоляционный материал в случае сердечника прямоугольной формы

Табл. 1. Связь между коэффициентом « k » и формой сердечника

Для больших трансформаторов используется ступенчатый сердечник, и количество ступеней будет зависеть от номинальной мощности трансформатора в кВА или, следовательно, диаметра ветви трансформатора.Количество ступеней увеличивается в соответствии с увеличением номинальной мощности трансформатора в кВА. Например, трехступенчатый сердечник трансформатора показан на рис. 4.

Рис. 4. Трехступенчатое ядро

Соотношение между диаметром « d » и поперечным сечением сердечника « A _c » можно выразить следующим образом:

A _c = k d ² (1)

A _c — поперечное сечение сердечника трансформатора, d — диаметр изоляционной трубки, k — зависит от количества ступеней сердечника трансформатора.Сердечник трехфазного трансформатора с поперечным сердечником показан на рис. 5.

Рис. 5. Сердечник трехфазного кросс-сердечника трансформатора

Описывающий диаметр сердечника « d », рассчитанный по уравнению (1), равен

(2)

Площадь окна определяется как ширина. высота окна. Согласно рис. 5 расстояние от центра до центра сердечника составляет « H », тогда ширина окна = H — d .Таким образом, площадь окна A _w

(3)

Где «b» — высота окна.

Высота окна обычно составляет b / ( H — d ) = от 2,5 до 4

Таким образом, из приведенных выше уравнений можно вычислить высоту окна и ширину окна.

Общая длина коромысла

(4)

Площадь сечения ярма оценивается путем увеличения площади сечения сердечника примерно на 10-15%.

Ширина кокетки будет равна 0,9 d .

Высота ярма = площадь ярма / 0,9 d.

Каждая ветвь трансформаторов с сердечником намотана как с первичной, так и с вторичной цепями.

Такая конструкция снижает магнитные утечки, в то время как однофазный трансформатор оболочного типа снабжен одним набором обмоток на центральном многослойном сердечнике, как показано на рис. 6.

Рис. 6. Трансформатор однофазный оболочка с многослойной обмоткой

Такое расположение образует железную оболочку вокруг меди.Флюс центральной стойки разделен на ярме, одна половина /2 по направлению к каждой боковой опоре. Центральная ножка имеет прямоугольную форму с соотношением сторон примерно от 1: 1,8 до 2,5.

Трансформаторы сердечникового типа конструктивно намного проще корпусных. Тип сердечника позволяет упростить сборку и изоляцию обмоток, особенно для высоких напряжений. Трансформаторы с сердечником механически более устойчивы в условиях короткого замыкания. Кожуховые используются только в особых случаях, например, в печных трансформаторах и т. Д.

Расчет и проектирование трансформаторов всех типов основано на уравнениях первичной и вторичной электродвижущей силы — ЭДС. Если задана полная мощность трансформатора, ЭДС на виток E _t можно рассчитать по формуле:

(5)

S — полная мощность трансформатора в кВА

n — количество фаз трансформатора

K — коэффициент, значение которого будет зависеть от следующего:

а) тип трансформатора (сердечник или оболочка)

б) условия эксплуатации (распределительный или силовой трансформатор)

в) оплата труда

г) заводская организация

д) материал.

Значение коэффициента K для:

трехфазный силовой трансформатор с сердечником K = от 0,6 до 0,65
трехфазный распределительный трансформатор с сердечником K = 0,45 — 0,5
трансформатор трехфазный кожух K = 1,2 — 1,3
однофазный трансформатор с сердечником K = 0,75 — 0,8
трансформатор однофазный кожух К = 1.От 0 до 1,1

Низкие значения коэффициента K соответствуют низким напряжениям.

Площадь поперечного сечения сердечника может быть определена по формуле:

A _c = E _t / 4,44 f B _m (6a)

B _м — максимальная магнитная индукция в сердечнике трансформатора, Вт / м ²

f — частота источника питания в Гц

Для ярма площадь можно увеличить на 15%,

A _y = 1,15 A _c (6b)

Выходное уравнение выражает связь между выходной мощностью трансформатора и его основными размерами, а также удельными электрическими и магнитными нагрузками.

Полная мощность трехфазного трансформатора S определяется по:

S = 3,33 f B _m δ k _w A _c A _w дюймов VA (7)

Для однофазного трансформатора с сердечником:

S = 2,22 f B _м δ k _w A _c A _w дюйм ВА (8)

k _w — коэффициент площади окна в м ²

A _w — чистая площадь окна в м ²

Δ — плотность тока в А / мм ², среднее значение δ = 2,4 А / мм ²

A _c — сечение жилы в м ².

Это соотношение между поперечным сечением меди в окне и общим поперечным сечением окна. Приблизительные значения коэффициента площади окна можно рассчитать по формуле:

(9)

В ₁ — напряжение высоковольтной обмотки в кВ.

Вышеуказанное значение будет для трансформаторов от 50 кВА до 250 кВА. Для больших трансформаторов он будет больше. Для трансформаторов мощностью 1 МВА и выше можно использовать примерно на 20–50% большее значение, чем рассчитано выше.Для трансформаторов до 5 кВА можно использовать значение на 20% меньше, чем рассчитано выше.

Плотность магнитного потока в сердечнике зависит от марки стали. Плотность флюса от 1,2 до 1,4 Вт / м ² может использоваться для горячекатаной стали. Холоднокатаная сталь может обрабатываться при гораздо более высокой плотности потока, порядка 1,5–1,7 Вт / м ². Использование более высокой плотности потока снижает вес трансформатора и общие потери. Проблема потерь решается улучшением системы охлаждения.Предполагаемая магнитная индукция для распределительного трансформатора должна быть низкой, а потери в железе должны быть низкими по сравнению с потерями в меди в этом типе. Плотность тока, используемого для медных обмоток, ограничена из-за местного нагрева. Могут использоваться следующие значения плотности тока:

а) распределительные трансформаторы: от 1,5 до 2,6 А / мм ²

б) силовые трансформаторы: от 2,4 до 3,3 А / мм ²

в) большие трансформаторы с принудительной циркуляцией масла: от 2,8 до 4 А / мм ².

a) вес опор = (количество опор) · (площадь поперечного сечения опоры) · (высота опоры) · (плотность стали).

Высота ножки равна высоте окна. Количество ветвей зависит от количества фаз, типа трансформатора и транспортных ограничений. Плотность трансформаторной стали равна примерно 7,55 · 10 ³ кг / м ³.

б) вес ярма = (количество ярмов) · (площадь поперечного сечения ярма) · (длина ярма) · (плотность стали).

Количество ярмов всегда равно двум. Длина ярма составляет C, как показано на рис. 5.

При проектировании обмоток может применяться следующая процедура:

а) Количество витков и площади поперечного сечения

Число витков на фазу в обмотке низкого напряжения N ₂ рассчитывается с использованием ЭДС на виток

(10)

где: E _t — ЭДС на оборот — см. Пример (5), В ₂ — Значение низкого напряжения в В.

Количество витков на фазу в обмотке высокого напряжения N ₁ определяется соотношением напряжений и количеством витков в обмотке низкого напряжения

N ₁ = N ₂ V ₁ / V ₂ , ν = V ₁ / V ₂ , (11)

где ν — коэффициент напряжений.

Средняя плотность тока

(12)

, где δ ₁ и δ ₂ — плотности тока в обмотках ВН и НН соответственно.

Затем рассчитываются площади поперечного сечения НН и ВН:

α ₁ = I ₁/ δ _1, α ₂ = I ₂ δ ₂ (13)

, где I ₁, I ₂ — фазные токи обмоток ВН и НН, которые можно рассчитать из

I ₁ = S / 3V _1Ph, I ₂ = S / 3 V _2Ph (14)

где S — полная мощность трансформатора в ВА, В _1Ph, В _2Ph — фазные напряжения обмоток ВН и НН соответственно.

б) Конструкция обмотки НН

В основном используются цилиндрические обмотки с прямоугольным проводником. Если размер проводника слишком большой, используется несколько параллельных многожильных лент. Высота обмотки для изоляции принята приблизительно 80%. В случае цилиндрической обмотки с прямоугольными жилами турбины НН располагаются в два слоя. Количество витков на слой равно половине общего числа витков НН. Таким образом, осевое пространство a _l , доступное на один оборот, равно:

a _l = h _w / N _l (15)

Где: h _w — высота намотки, N _l — количество витков НН на слой.

Приведенный выше расчет определяет размер жилы или многожильных лент в осевом направлении. Радиальный размер можно рассчитать, исходя из площади поперечного сечения и осевого размера. Для радиальной регулировки обмотки НН в целом соблюдается следующая последовательность:

а) внутренний диаметр изоляционного цилиндра

б) толщина изоляционного цилиндра

в) Толщина масляного канала между изолирующим цилиндром и обмоткой НН

г) внутренний диаметр обмотки НН

д) радиальная толщина обмотки НН

е) наружный диаметр обмотки НН.

Средняя длина поворота

л _м2 = π D _м2 (16)

где D _м2 — средний диаметр обмотки НН.

Расчетное сопротивление на фазу обмотки НН при 75 ^o C:

(17)

где: γ — удельная электропроводность материала обмотки, α ₂ — площадь поперечного сечения обмотки НН, Н ₂ — номер обмотки НН.

Значение γ следует принимать при температуре 75 ^o ° C, при которой должно быть рассчитано сопротивление.

Рассчитаны потери меди на фазу в обмотке НН

P _LVC = I ₂ ² R ₂ (18)

в) Конструкция обмотки ВН

Перекрестный тип, цилиндрический тип с круглым проводником и сплошной дисковый тип обычно используются для обмоток высокого напряжения.Высота намотки может составлять примерно 70% от высоты окна. В общем случае радиальная регулировка обмотки ВН выполняется следующим образом:

а) наружный диаметр обмотки НН

б) маслопровод

c) внутренний диаметр изоляционного цилиндра

г) толщина изоляционного цилиндра

e) изоляционный цилиндр

е) внутренний диаметр обмотки ВН

г) радиальная толщина обмотки ВН

ч) наружный диаметр обмотки ВН.

Сопротивление и потери в меди обмотки ВН рассчитываются аналогично обмотке НН.

Рассмотрены распространенные типы компоновки катушек низкого и высокого напряжения в трансформаторах, и их приблизительные реактивные сопротивления определены следующим образом:

а) Цилиндрические катушки

Расположение катушек низкого и высокого напряжения показано на рис. 7

Рис. 7. Расположение обмоток НН и ВН

Процентное реактивное сопротивление определяется по формуле:

(19)

(AT) — количество ампер, возвращаемых на край катушки (для обмоток низкого или высокого напряжения)

E _t — напряжение на виток

L _mt — средняя окружная длина кольцевого канала

µ _o = 4π10 ^-7 генри / м

µ = µ _o µ _r, µ _r — относительная проницаемость.Для воздуха и немагнитных материалов µ _r = 1, B = µ _o H

б) Многослойные катушки

Расположение слоистых катушек в трансформаторе показано на рис. 8

Рис. 8. Слоистые катушки

Катушка НН с половиной витков размещена на концах. Остальные (n-1) катушек низкого напряжения и n катушек высокого напряжения имеют равные витки.

Процентное реактивное сопротивление такой схемы определяется по формуле:

(20)

где n — количество секций.

Если « b » (см. Рис. 5) — это длина каждого плеча магнитопровода, а B _max — максимальная плотность магнитного потока в сердечнике, найдите значения ампер на метр для B _max сердечника, тогда 3бат / м = ток, необходимый для сердечников трехфазных трансформаторов с сердечниками. Зная плотность магнитного потока в ярме, найдите ат / м для магнитного пути в ярме; тогда 2Cat / m = ампер, необходимая для ярма. Пренебрегая значениями обратного тока для воздушного зазора, обратный ток трансформатора на фазу рассчитывается по формуле:

AT _Ph = 3 b (ат / м) c + 2 C (ат / м) y /3 (21)

Найдите значения ампер-возвратов для сердечника лимба и ярма:

Максимальная плотность потока в активной зоне при условии: B _mc = 1,25 Вт / м ²

Поперечное сечение сердечника и ярма — см. Ур.(6a) и (6b)

Максимальная плотность магнитного потока в ярме

B _my = B _mc / 1,15 = 1,25 / 1,15 = 1,09 Вт / м ²

Ампер / м можно определить по кривой, показанной на рис. 9

Рис. 9. Ампер / м

Из кривой для горячекатаной стали для B _mc = 1,25 Вт / м ² ампер / м для сердечника = 400, следовательно, для B _my = 1,09 Вт / м ², ампер / м м для ярма = 250.

Среднеквадратичное значение. ток намагничивания получается следующим соотношением:

I _м = AT _Ph / √ 2 (количество витков в первичной обмотке) (22)

При проектировании трансформатора потери на кг материала рассчитываются по стандартным кривым трансформаторной стали в зависимости от плотности магнитного потока, что показано на рис.10.

Рис. 10. Потери в сердечнике

Умножив на вес материала, мы получим общие потери в материале. Необходимо проводить отдельные расчеты для потерь в стали в сердечнике и ярме из-за разной плотности магнитного потока в двух частях. Сумма двух потерь будет полными потерями в стали.

Связь между магнитным потоком и плотностью потока составляет Φ = B. A , где B — магнитная индукция, Φ — магнитный поток, A — поперечное сечение.В сердечнике находится главный поток Φ _м , в то время как в ярме и ветви трехфазных трансформаторов магнитный поток составляет половину основного потока Φ _м в сердечнике, следовательно, Φ _ярма = 0 , 5 Φ _м , как показано на рис. 6.

Ток холостого хода I _или трансформатора состоит из двух компонентов:

а) намагничивающая составляющая I _м , которая находится в фазе с магнитным потоком

б) составляющая потерь в сердечнике I _w , которая противоположна по фазе наведенной ЭДС.

Составляющая потерь в сердечнике тока I _Вт

I _Вт = общие потери в стали по фазе / фазному напряжению

первичной обмотки (23)

Ток холостого хода трансформатора равен

(24)

Эквивалентная схема трансформатора, относящегося к стороне ВН, показана на рис.11.

Рис. 11. Схема замещения трансформатора

Превышение температуры обмоток не должно превышать 55 ^o C для естественного охлаждения, 60 ^o C для принудительного охлаждения и 65 ^o C для принудительного водяного охлаждения. Повышение температуры масла 45 ^o C. Стенки бака, трубки и радиаторы рассеивают тепло за счет излучения и условности. При естественном охлаждении на квадратный метр плоской поверхности резервуара на ^o ° C рассеивается 6 Вт излучения и 6,5 Вт условно.Таким образом, если охлаждающая поверхность бака трансформатора St m ², она будет рассеивать

(25)

Если этой поверхности недостаточно для ограничения повышения температуры, то поверхность резервуара увеличивают путем добавления трубок. Тогда тепловыделение = 12,5 S _t + (X — 1) 6,5 · 1,35 S _t Вт или

(26)

Высота трансформатора будет равна чистой высоте над ярмом плюс припуск для места для основания (примерно от 50 до 70 мм) и высота около 250 мм для масла над ярмом.

Также требуется место для проводов и т. Д. — примерно от 200 до 250 мм. Рассеиваемые потери — это потери при полной нагрузке.

Пример

Конструкция 5 МВА, трехфазный, 50 Гц, 66 кВ / 11 кВ / трансформатор, подключенный по схеме треугольник / треугольник. Тип стержня конструкции; ВКЛЮЧЕНО охлаждение, превышение температуры масла 50 ^o С. Суммарные потери не более 50 кВт. Узнайте подробные размеры сердечников, катушек, расположение бака и т. Д.

Рис.17. Бак трансформатора (без шкалы)

Табл. 4. Размеры проволоки (ширина · толщина)

Напряжение на оборот:

за ход

Сторона высокого напряжения: В на фазу = 66000 В

оборотов на фазу = 66000 / 26,5 = 2490

Сторона низкого напряжения: В на фазу = 11000 В

оборотов на фазу = 11000 / 26,5 = 415

Сердечник: использовать ламинат сердечника из холоднокатаной стали толщиной 0,35 мм; Конструкция сердечника со скосом 45 ^o разрез.

Выбрать плотность потока 1,6 Вт / м ², удельные потери = 1,3 Вт / кг; использовать 4-х ступенчатую жилу, так что коэффициент заполнения жилы = 0,62 (табл. 1).

Площадь поперечного сечения жилы:

A _c = E _t / 4,44 f B _м = 26,5 / 4,44 · 50 · 1,6 = 7,46 · 10 ^-2 м ²

, возьмем d = 350 мм,

A _c = 0,076 м ².

Возьмите сердечник и ярмо одинакового сечения

При d = 350 мм, наибольшая ширина секции сердечника и, следовательно, ширина лимба = 350 · 0,93 = 325,5 мм, при условии, что 325 мм = a

Площадь окна A _w

S = 3, 33 f B _m δ k _w A _c A _w _, k _w = 1,5 / (3 + 0,1В ₁) = 1,5 / 3 + 0,1 · 66 = 0,16,

A _w = 5 · 10 ⁶ / (3,33 · 7,6 · 10 ^-2 · 0,16 · 3 · 10 ⁶ · 1,6 · 50) = 0, 52 кв.м. ²

Размеры сердечника: d = 350 мм, a = 325 мм,

A _w = b ( H — d ), H — d = 1/4 · b

b = 2√ A _w = 2√ 0,52 = 1,44 м,

H = 1/4 · b + d = 1/4 · 1,44 + 0,35 = 0,71,

C = 2 H + a = 2 · 0,71 + 0,325 = 1,745 м

Обмотка низкого напряжения

I ₂ = 5 · 10 ⁶ / (3 · 11 · 10 ³) = 151,5 A, выберите плотность тока δ = 3 A / мм ²

Площадь токопровода для обмотки НН α ₂ = 151,5 / 3 = 50.5 мм ², витки LV = 415

Выбрать прямоугольный провод 2 полосы толщиной 4,5 мм · проводник шириной 6,3 мм; использовать бумажную изоляцию.

Площадь 2 проводов = 2 · 4,5 · 6,3 = 57 мм ², тогда плотность тока = 151,5 / 57 = 2,66 A / мм ²

Используйте дисковые катушки.

Изоляция: используйте бакелитовый цилиндр между сердечником и LV толщиной 5 мм и стержень 10 мм; расстояние между НН и диаметром активной зоны = 15 мм; бумажная изоляция на жилах толщиной от 0,5 до 0,6 мм.Проставки между витками (диск) 10 мм. У нас есть 415 витков на фазу для обмотки НН. Эти витки разбиты на 41 диск по 10 витков на диск и 42 диска ^nd на 5 витков. На 1 виток применяем сдвоенный провод с бумажной изоляцией 0,6 мм, размеры:

Высота катушек НН h _c ₂ = 41 · 10 + 42 · 13,8 = 990 мм, при этом между дисками используется 41 распорка по 10 мм каждая. Расстояние между диаметром сердечника и LV = 15 мм.

Внутренний диаметр LV = d + 2 · 15 = 350 + 30 = 380 мм.

Толщина LV диска = 5,7 · 10 = 57 мм = c ₂.

Наружный диаметр катушек НН = 380 +2 · 57 = 494 мм.

Средний диаметр катушек низкого напряжения = 380 + 57 = 437 мм.

Средняя длина витка катушек НН = π · 437 = 1373 мм = л _м2.

Обмотка высокого напряжения

I ₁ = 5 · 10 ³/3 · 66 · 10 ³ = 25,25 A δ = 3 A / мм ²

витков ВН на фазу = 2490

Размер жилы α ₁ = I ₁/ δ = 25,25 / 3 = 8,42 мм ².Выберите прямоугольный провод 4,5 · 2 мм, площадь которого = 9 мм ². Используйте дисковые катушки, как в случае с LV. Выберите 42 дисковых катушки, также 2490 витков были разделены на 41 диск по 60 витков на диск и 42 ^и диск на 30 витков. Размер жилы с бумажной изоляцией 0,6 мм.

Проставки между дисками = 10 мм.

Высота обмотки ВН = 41 · 10 + 41 · 22,8 + 11,4 = 1356 мм = h _c1.

Расстояние между катушками НН и ВН = 30 мм.Внутренний диаметр катушек ВН = 494 + 2 · 30 = 554 мм. Толщина катушек ВН = 48 мм = c ₁. Внешний диаметр катушек ВН = 554 + 2 · 48 = 650 мм.

Средний диаметр катушек ВН = 554 + 48 = 602 мм.

Средняя длина поворота HV = π · 602 = 1891 мм = л _м ₁.

Средняя длина витка ВН и НН = 0,5 · (1891 + 1373) = 1632 мм = L _mt .

Средняя высота LV и HV = 0,5 · (990 +1356) = 1173 мм = среднее значение h _c.

Наружный диаметр катушек ВН должен быть меньше расстояния между соседними ветвями, также < H .

Схема расположения катушек ВН

Реактивное сопротивление в процентах

x _% = 2 πfµ _o L _mt (AT) ( e + ( c ₁ + c ₂) / 3) / (średnia h _c · E _t · 100%)

AT = I ₁ · HV витков HV = 25,25 · 2490 = 62 872,5

E _т = 26,5 В / оборот,

Согласно рис.7: e = 30 мм, c ₁ = 48 мм, c ₂ = 57 мм, среднее значение

h _c = 1173 м, L _mt = 1632 м.

x _% = 2 π · 50 · 4π · 10 ^-7 · 1,632 · 62872,5 · (0,03 + (0,048 + 0,057) / 3) / (1,173 · 26,5 · 100%) = 8,47%

Процентное сопротивление

Сопротивление обмотки НН на фазу = л _м2 · витков / α ₂ · γ = 1,373 · 415/57 · 56 = 0,178 Ом

Сопротивление обмотки ВН на фазу = л _м ₁ · витков / α ₁ · γ = 1,891 · 2490/9 · 56 = 9,34 Ом

Эквивалентное сопротивление R относительно стороны ВН = 9,34 + (66/11) ² · 0,178 = 15,75 Ом = R

r _% = I ₁ · R · 100% / V _1Ph = 25,25 · 15,75 · 100% / 66 · 10 ³ = 0,6%

Полное сопротивление в процентах

Потери в меди Δ P _Cu = 3 · I ₁ ² · R = 3 · 25,25 ² · 15,75 = 30,12 кВт

Вес железа + A _c · (3b + 2C) · s4 = 0,0076 м ² · (3 · 1,44 + 2 · 1,745) · 7,85 = 4.66 тонн

= 7,85 т / м ³ — удельная масса стального трансформатора

Потери в железе = 4,66 · 10 ³ · 1,3 Вт / кг = 6,058 кВт = Δ P _Fe

Потери при полной нагрузке = 30,12 + 6,058 = 36,18 кВт = Δ P = Δ P _Cu + Δ P _Fe

Ток потерь в сердечнике на фазу

I _w = Δ P _Fe / 3V _1Ph = 6058/3 · 66000 = 0,031 A

Из кривой на рис.9 для холоднокатаной стали для B = 1,6 Вт / м ², (ат / м) для сердечника и ярма = 250

AT _Ph = (3b + 2C) · (ат / м) / 3 = 250 · (3 · 1,44 + 2 · 1,745) / 3 = 650,8 A

Действующий ток намагничивания на фазу

Ток холостого хода

I _o _% = I _o / I ₁ · 100% = (0,188 / 25,25) · 100% = 0,74%

Конструкция резервуара

Внешний диаметр катушек ВН = 650 мм.

Расстояние между витками на соседних ножках = H — 650 = 710 — 650 = 60 мм.

Соблюдать расстояние между дисками ВН и стенками резервуара мин. 100 мм, в нашем случае = 115 мм. Длина резервуара М _т = 3 · 650 + 2 · 60 + 2 · 115 = 2300 мм.

Ширина бака F _т = 6500 +2 · 115 = 880 мм.

Высота резервуара G _т = D (высота сердечника) + расстояние между сердечником и дном резервуара + уровень масла над сердечником + пространство для выводов и изоляторов проходных изоляторов = 2090 + 60 + 250 + 400 = 2800 мм.

Рис. 18. Размеры прямоугольного проводника в (мм)

Следовательно, размеры бака:

Длина M _т = 2300 мм

Ширина F _т = 880 мм

Высота G _т = 2800 мм .

Поверхность резервуара S _т = G _т · M _т · 2 + 2 · F _т · G _т = 2 · G _т · ( M _т + F _т ) = 2 · 2,8 · (2,3 + 0,88) = 17,81 м ².

Рассеиваемые потери при полной нагрузке = 36180 Вт = ΔP

Повышение температуры:

Δυ = ΔP / 12,5 · S _т = 36 180 / 12,5 · 17,81 = 162,5 ^o C> Δυ _предел = 35 ^o С.

Если температура масла должна быть ограничена до 50 ^o C; внешняя температура резервуара должна быть ограничена до 35 ^o C вместо 162,5 ^o C. Следовательно, необходимо расширить охлаждающую поверхность в соответствии с уравнением:

S _t · X · (8,8 + 3,7 / X ) · Δυ _limit = ΔP , решив это уравнение:

X = Δ P / 8,8 · S _т · Δυ _предел — 0,42

Х = 36180 / 8,8 · 17,81 · 35 — 0,42 = 6,18

Следовательно, дополнительная поверхность охлаждения S _c = ( X — 1) · S _t = (6,18 — 1) · 17,81 = 92,3 м ² предоставляться.

Это расширение охлаждающей поверхности может быть обеспечено 6 радиаторами по 50 трубок диаметром 50 мм и высотой 2200 мм каждая, тогда дополнительная поверхность = 6 · 50 · 2,2 · π · 0,05 = 103,7 м ², чего достаточно для выполнения требования.

Если площадь поперечного сечения α = a · b недостаточна — используйте двойной провод.

Ток возбуждения трансформатора — нарушение напряжения

Что такое трансформатор возбуждения Текущий? При подаче нормального напряжения на клеммы трансформатор с разомкнутой вторичной цепью, небольшой ток будет течь в начальный.Этот ток называется током возбуждения трансформатора и течет все время во время работы. трансформатора. Трансформатору требуется ток возбуждения для поддержания магнитное поле внутри сердечника и составляет в основном независимо от вторичной нагрузки . У этого есть два компонента текущий:

* Составляющая тока потерь в сердечнике

* Составляющая тока намагничивания

Ток потерь в сердечнике

Ток потерь в сердечнике может быть учитывает резистивные потери в сердечнике и находится в фазе с приложенным Напряжение. Ток потерь в сердечнике определяет потери холостого хода трансформатора . Ток потерь в сердечнике представляет собой потери холостого хода трансформатора, включая потери в стали, малый диэлектрический потери и потери меди, вызванные протеканием тока возбуждения. Из них только потери в стали, вызванные вихревыми токами, значительны. Потери зависят от частоты, максимальная магнитная индукция и характеристики магнитопровода. Значения потерь в сердечнике обычно поставляются с трансформаторного завода во время доставки продукта.

Ток намагничивания

Составляющая тока намагничивания отстает от приложенного напряжения на 90 градусов, и ее величина зависит от количества витков в первичной обмотке, формы кривой насыщения трансформатора и максимальной плотности магнитного потока, на которую рассчитан трансформатор. Ток намагничивания — это чисто реактивный ток и, следовательно, не влияет напрямую на потери холостого хода. Для работы трансформатора требуется реактивная намагничивающая мощность (VARS), и этот ток должен подаваться источником.

Как рассчитать реактивную мощность трансформатора?

Составляющая тока намагничивания имеет интересную форму. Ниже приведена диаграмма сигнала трансформатора 30 кВА 480 В / 208 В без нагрузки.

Форма волны тока возбуждения трансформатора

Почему намагничивающая составляющая тока возбуждения трансформатора имеет такую форму?

Это взаимодействие между магнитным потоком, создаваемым в сердечнике, и кривой «B-H» стали сердечника, которая создает эту форму.Уравнение для первичной цепи трансформатора с разомкнутой вторичной обмоткой можно записать как:

Если мы нанесем результирующий поток ø (зеленая кривая ниже) на кривую B-H (красная кривая) стали сердечника трансформатора, мы можем получить форму тока намагничивания, которая является «пиковой» и имеет эту своеобразную форму. Обратите внимание, что полный ток (ток возбуждения) представляет собой векторную сумму тока намагничивания и тока потерь в сердечнике. Однако, поскольку составляющая потерь в сердечнике очень мала, она не влияет на форму полного тока.Трансформаторы предназначены для работы около пика кривой B-H около изогнутого участка. В результате во время каждого пика формы волны магнитного потока возбуждающий ток принимает необычную форму, как видно из анимации ниже.

Бабак. К. Шандиз [CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0)] Эквивалентная схема трансформатора при обрыве вторичной цепи

Обратите внимание, что потери в сердечнике ток (I _c) в основном совпадает по фазе с напряжением питания (V _oc) при этом ток намагничивания (I _m) отстает от напряжения на 90 ⁰.Полный ток возбуждения I _ex можно рассчитать как:

Векторы тока возбуждения трансформатора

Типичный ток потерь в сердечнике (I _c) составляет около 1% от тока полной нагрузки. Обычно ток намагничивания (I _m) может варьироваться от примерно 0,25% до примерно 5% от тока полной нагрузки (0,05 о.е.) и может достигать 10% в некоторых специальных трансформаторах.

Ниже приведены результаты фактических потерь тока возбуждения и потерь холостого хода для современных сухих трансформаторов, которые можно использовать в качестве справочных.Обратите внимание, что токи указаны в процентах от номинального тока полной нагрузки трансформатора, а частота системы составляет 60 Гц.

Образцы результатов испытаний тока возбуждения трансформатора

Образец №	кВА	Первичное напряжение (В)	Вторичное напряжение (В)	Ток возбуждения (%)	Потери холостого хода (Вт)
1	4,000	13,800	4,160	0.263	7,790
2	4,000	13,800	4,160	0,265	7,743
3	2,000	13,800	480	0,258	3,833
4	2,000	13,800	480	0,247	3,797
5	2,000	13,800	480	0,254	3,795
6	2,000	13,800	480	0.244	3,712

Возбуждение гармоники тока в трансформаторах

Фурье-анализ осциллограмма тока возбуждения покажет, что ток богат третьими гармониками , за которыми следуют меньшие проценты пятого, седьмого и девятого. Составляющая третьей гармоники вызвана почти полностью из-за тока намагничивания и очень мало из-за потерь в сердечнике Текущий.

Типичные уровни гармоник тока возбуждения трансформатора показаны в процентах от тока полной нагрузки.

Ток третьей гармоники составляет примерно 50% от фундаментальная, пятая около 15% и седьмая около 1-2%.

Следует отметить, что протекание тока третьей гармоники и напряжение третьей гармоники в трансформаторе выводы обмотки зависят от типа подключения трансформатора и типа основной конструкции. Эта тема обсуждается в статье ниже.

Как трансформаторные соединения влияют на напряжения и токи третьей гармоники?

Захватывающий Проверка тока и потерь
Испытание возбуждающим током в трансформаторе — это испытание на обрыв цепи, проводимое путем подачи номинального напряжения с номинальной частотой на одну из обмоток при разомкнутой цепи другой обмотки.Из соображений безопасности и удобства измерения обычно проводят на стороне низкого напряжения, оставляя цепь высокого напряжения разомкнутой. Этот тест используется в первую очередь для оценки :

* Исправность магнитопровода трансформатора

* Поверните, чтобы включить изоляцию обмотки

* Состояние РПН

* Найдите параметры сердечника трансформатора (сопротивление и импеданс)

Ток и потери в ватты измеряются во время теста.Ток резистивных потерь в сердечнике (I _c) это мера количества энергии, потребляемой в процессе установления магнитный поток в сердечнике. Эта энергия представляет собой потерю холостого хода трансформатора. (Ватты = E * I _c).

Любая проблема с сердечником приведет к увеличению сопротивления магнитного поля. цепь и, следовательно, более высокий первичный ток. Короткий разворот создаст дополнительный ток в трансформаторе , который преобразуется в более высокий чем ожидалось возбуждающее течение.

Простой расчет силового трансформатора | hardware

Как рассчитать трансформатор, количество витков намотки на вольт. Габаритная мощность трансформатора. Диаметр провода обмотки.

Подключение обмоток трансформаторов ТПП

Соединение обмоток отдельных трансформаторов

РАСЧЕТ СИЛОВОГО ТРАНСФОРМАТОРА

многократно проверенный расчет сетевого трансформатора

Определение габаритной мощности трансформатора по железу. Как узнать мощность трансформатора? Определение мощности силового трансформатора

Определение мощности силового трансформатора

Расчет ш-образного трансформатора

Как рассчитать мощность трансформатора

Как рассчитать трансформатор тока

Теория и история

Расчёт параметров прибора

Определение мощности

Вычисление сечения сердечника

Расчёт количества витков

Токи в обмотках

Диаметр провода

Виды и применение трансформаторов

Рекомендуем также

Расчет трансформатора по сечению сердечника калькулятор. Расчет трансформатора теория и практика. Определение диаметров проводов обмоток трансформатора

Расчет ш-образного трансформатора

Как рассчитать мощность трансформатора

Как рассчитать трансформатор тока

Краткие сведения о материалах магнитопроводов

Расчет индуктивности для спирали

Что такое трансформатор

Расчеты индуктивности для двухслойной спирали с двумя катушками

Ограничения исследования, открытые вопросы и будущая работа

Расчет ш-образного трансформатора

Как рассчитать мощность трансформатора

Как рассчитать трансформатор тока

Расчет полной мощности трансформатора. Силовой трансформатор

Расчет ш-образного трансформатора

Как рассчитать мощность трансформатора

Как рассчитать трансформатор тока

Теория и история

Расчёт параметров прибора

Определение мощности

Вычисление сечения сердечника

Расчёт количества витков

Токи в обмотках

Диаметр провода

Виды и применение трансформаторов

Принцип действия и разновидности трансформаторов

Типы сердечников

Исходные данные, необходимые для расчета

Выбор магнитопровода сердечника

Расчет количества витков и диаметра проводов

Изготовление обмоток

Сборка трансформатора

Видео

Читайте также…

Тороидальные трансформаторы: обмотка, конструкция, расчет

Что потребуется для изготовления тороидального трансформатора?

Использование стали CRGO для тороидального трансформатора

Обмотка тороидального трансформатора

Пример расчета

Калькулятор катушек и трансформаторов

с магнитными ферритовыми сердечниками

Выбор сердечника по мощности передачи

Выбор сердечника компанией WaAc Продукт

ПЛОТНОСТЬ ПОТОКА VS. ПЕРИОДИЧНОСТЬ

Как рассчитать трансформатор. Расчет и изготовление силового трансформатора

Порядок расчета трансформаторов

Шаги определения параметров

Преимущества использования программ

Основные формулы и порядок их применения

Расчет импульсного трансформатора

Что делать, если вы приобрели бывшее в употреблении оборудование?

Самостоятельный расчет силовой обмотки трансформатора

Формула расчета мощности

Преимущества онлайн-калькулятора

(PDF) Сравнение методов расчета повышения температуры сердечника силового трансформатора

Acta Energetica — Проектирование трансформаторов

Ток возбуждения трансформатора — нарушение напряжения

Образцы результатов испытаний тока возбуждения трансформатора

Добавить комментарий Отменить ответ