Расчет силовых трансформаторов: Правильный расчет силового трансформатора

Содержание

Правильный расчет силового трансформатора

Сразу оговорюсь, что буду рассматривать однофазные трансформаторы для питания наземной стационарной радиоаппаратуры мощностью в десятки — сотни ватт, что имеет самое распространенное применение.

Прежде, чем приступить к расчетам трансформатора, которых может быть великое множество, необходимо договориться о критериях его качества, что непременно отразится на построении расчетных формул.

Я считаю, что главный качественный показатель силовоготрансформатора для радиоаппаратуры — это его надежность. Следствие надежности — это минимальный нагрев трансформатора при работе (иными словами, он должен быть всегда холодным!) и минимальная просадка выходных напряжений под нагрузкой (иначе говоря, трансформатор должен быть “жестким”).

Другие критерии оптимизации, кроме надежности, как-то: экономия меди, минимальные габариты или вес, высокая удельная мощность, удобство намотки, минимизация стоимости, ограниченный срок службы (чтобы новые покупали чаще, взамен сгоревших) я не считаю приемлемыми в инженерной практике.

Методики “вышивания” из имеющегося типоразмера сердечника наимаксимальнейшей мощности, я тоже считаю неприемлемыми: такие трансформаторы долго не работают и греются как черти. Хотите экономить — покупайте китайскую дешевку или советский ширпотреб. Но помните: “Скупой всегда платит дважды!”.

Трансформатор должен работать и не создавать проблем. Это его главная функция. Исходя из этого, будем его и рассчитывать! Прежде всего, необходимо уяснить для себя некоторую минимальную теорию. Итак: силовой трансформатор. Не идеальный.

Поэтому эти неидеальности нужно понимать и правильно учитывать. Главных неидеальностей у силового трансформатора — две:

  1. Потери на активном сопротивлении провода обмоток (зависят от материала провода и от плотности, протекающего через него тока).
  2. Потери на перемагничивание в сердечнике — на неком “магнитном сопротивлении” (зависят от материала сердечника и от значения магнитной индукции).

Именно эти две неидеальности должны быть разумно-минимальными, чтобы трансформатор удовлетворял требованиям надежности. Активное сопротивление обмоток и, как следствие, их нагрев, определяется заложенной при расчете плотностью тока в проводе. А посему ее значение должно быть оптимальным.

На основании большого практического опыта рекомендую использовать значение плотности тока в медном проводе не более 3,2 ампера на квадратный миллиметр сечения. При использовании серебряного провода, плотность тока можно увеличить до 3,5 ампер на квадратный миллиметр.

А вот для алюминиевого провода она не должна превышать значение 2 ампера на квадратный миллиметр. Указанные значения плотности тока категорически превышать нельзя! И из этих значений мы выведем формулы для определения диаметра провода обмоток, коими будем пользоваться в расчете.

Мотать обмотки более толстым проводом (при меньшем значении плотности тока) — можно. Более тонким — категорически нет! Однако, и более толстым проводом мотать обмотки не стоит, поскольку тогда мы рискуем не уложить нужное число витков в окно сердечника.

А в хорошем трансформаторе должно быть много витков, чтобы свести к минимуму магнитные потери и чтобы не грелся его сердечник. Большинство холоднокатаных электротехнических сталей сохраняют свою линейность до значения магнитной индукции 1,35 Тесла или 13500 Гаусс. Но надо не забывать, что напряжение в розетке электросети может иметь разброс от 198 до 242 вольт, что соответствует нормированному 10-ти процентному отклонению от номинала как в плюс, так и в минус.

То есть, если мы хотим, чтобы во всем диапазоне питающих напряжений наш трансформатор работал надежно, надо его рассчитать так, чтобы сердечник не подходил бы к нелинейности при любом допустимом напряжении питающей сети.

В том числе и при 242 вольтах. А посему, на номинальном напряжении 220 вольт, магнитная индукция должна выбираться не более 1,2 Тесла или 12000 Гаусс.

Соблюдение этих двух указанных требований обеспечит высокий КПД трансформатора и высокую стабильность выходных напряжений при изменении тока нагрузки от нуля до максимального значения. Иными словами, мы получим очень “жесткий” трансформатор. Что и нужно!

А вот увеличение расчетного значения индукции более 1,2 Тесла приведет не только к нагреву сердечника, но и к снижению “жесткости” трансформатора. Если расчитывать трансформатор на значение индукции более 1,3 Тесла, то мы получим “мягкий” трансформатор, выходные напряжения которого плавно просаживаются при увеличении тока нагрузки от нуля до его номинального значения.

Не для всех радиоустройств такие трансформаторы пригодны. Впрочем, в транзисторных схемах можно с успехом использовать стабилизатор выпрямленного напряжения. Но это — дополнительная схема, дополнительные габариты, дополнительная рассеиваемая мощность, дополнительные деньги и дополнительная ненадежность.

Не лучше ли сразу сделать хороший трансформатор?

У мягкого питающего трансформатора напряжения на одних вторичных обмотках зависит от потребляемых токов в других — за счет просадки в общих цепях — на активном сопротивлении первичной обмотки и на магнитном сопротивлении.

Например, если мы питаем от мягкого трансформатора двухтактный ламповый усилитель, работающий в режиме класса В или АВ, то изменение потребления по анодной цепи приведет к дополнительным колебаниям напряжения накала ламп.

И, поскольку, напряжение накала ламп имеет также допустимый разброс в 10% от номинала, мягкий трансформатор внесет в это напряжение дополнительную нестабильность еще в 10, а то и в 15 процентов.

А это неизбежно сначала сократит выходную мощность усилителя на больших громкостях (инерционные просадки громкости), а с течением времени приведет к более ранней потери эмиссии у ламп. Экономия на силовом трансформаторе аукается более дорогими потерями в радиолампах и в параметрах радиоустройств.

Вот уж воистину: “Экономия — путь к разорению и нищете!”. В настоящее время наиболее распространены магнитопроводы следующих конфигураций (рис. 1).

Рис. 1. Наиболее распостраненные виды магнитопроводов для изготовления трансформаторов.

Дальнейший расчет трансформатора будем вести по строгим классическим формулам из учебника электротехники:

При соблюдении достигнутых договоренностей КПД трансформатора (при наиболее часто встречающихся мощностях 80…200 Вт) будет не ниже 95 процентов, а то и выше.

Поэтому, в формулах будем использовать значение КПД = 0,95.

Коэффициент заполнения окна сердечника медью для тороидальных трансформаторов составляет 0,35. Для обычных каркасных броневых или стержневых — 0,45.

При широких каркасах и большой длине намотки одного слоя (h) значение Кm может доходить и до значения 0,5…0,55, как, например, у магнитопроводов типа Б69 и Б35, параметры которых приведены на рисунке. При бескаркасной промышленной намотке Кm может иметь значения и до 0,6…0,65.

Для справки: теоретический предел значения Кm для слоевого размещения круглого провода без изоляции в квадратном окне — 0,87.

Приведенные практические значения Кm достижимы лишь при ровной укладке провода строго виток к витку, тонкой межслойной и межобмоточной изоляции и заделке выводов за пределами окна сердечника (на боковых вылетах обмотки).

При изготовлении каркасных обмоток в любительских условиях, в условиях лабораторного или опытного производства, лучше принимать значение Km = 0,45. ..0,5.

Разумеется, все это касается обычных силовых трансформаторов для ламповой или транзисторной аппаратуры, с выходными и питающими напряжениями до 1000 В, где не предъявляются повышенные изоляционные требования к обмоткам и к заделке их выводов.

Габаритная мощность трансформатора, в ваттах, на конкретно выбранном сердечнике определяется по формуле:

где:

  • n = 0,95 — КПД трансформатора;
  • Sc и So — площади поперечного сечения сердечника и окна, соответственно [кв. см];
  • f — нижняя рабочая частота трансформатора [Гц];
  • В = 1,2 — магнитная индукция [Т];
  • j — плотность тока в проводе обмоток [А/кв.мм];
  • Km — коэффициент заполнения окна сердечника медью;
  • Кс = 0,96 — коэффициент заполнения сечения сердечника сталью;

Задавшись напряжениями обмоток, количество необходимых витков можно рассчитать по такой формуле:

где:

  • U1, U2, U3,.. . — напряжения обмоток в вольтах;
  • n1, n2, n3,… — число витков обмоток.

Если изначальные договоренности нами в точности соблюдены, и мы делаем жесткий трансформатор, то число витков как первичной, так и вторичной обмоток определяется по одной и той же формуле.

Если же мы будем использовать трансформатор при предельном значении мощности для имеющегося типоразмера сердечника, рассчитанное по этой формуле, или мы проектируем маломощные трансформаторы (менее 50 Вт), с большим числом витков и тонким проводом обмоток, то число витков вторичных обмоток следует увели чить в

раз. С учетом нашей договоренности, это составит 1,026 или больше рассчетного на 2,6%.

Что же касается напряжений накальных обмоток, то здесь стоит вспомнить указание самой главной книги по радиолампам: “Руководство по применению приемно-усилительных ламп” [1 ], выпущенное для радиоинженеров-разработчиков Государственным комитетом по электронной технике СССР в 1964 году.

Открыв это руководство на 13-й странице, внимательно рассмотрим график (рис. 2) и уясним из него, что оптимальное напряжение накала радиоламп для сохранения их максимальной надежности и, соответственно, долговечности составляет 95% от номинала.

Что для ламп с напряжением накала 6,3 вольта составит ровно 6 вольт. Поэтому не надо увеличивать число витков накальных обмоток на 2,6%. Пусть будет, как есть.

Определяем токи обмоток. Ток первичной обмотки: I1 = P/U1

При использовании двухполупериодного выпрямителя средний ток каждой половины обмотки будет в 1,41 раза (корень из двух) меньше, чем необходимый выпрямленный ток нагрузки.

В случае использования мостового полупроводникового выпрямителя, ток обмотки будет в 1,41 раза больше, чем выпрямленный ток нагрузки.

Поэтому, надо не забыть в формулы для определения диаметров проводов подставлять потребления по постоянному току, в первом случае поделенные, а во втором, умноженные на 1,41. В идеале — это так, но реально — не совсем.

Рис. 2. График.

На холостом ходу напряжение после выпрямителя, на сглаживающем конденсаторе, увеличивается до амплитудного значения, которое у синусоиды в 1,41 раза больше эффективного.

А вот при активно-емкостной нагрузке между полупериодами емкость разряжается током нагрузки и выходное напряжение “просаживается”.

Точный расчет напряжения просадки довольно сложен, однако, для практической точности следует вместо коэффициента 1,41 выбирать эмпирический коэффициент 1,24.

Поэтому напряжения обмоток, которые будут работать на двухполупериодные или мостовые выпрямители, следует брать в 1,24 раза меньше.

Соответственно, и токи обмоток возрастут не в 1,41, а в 1,24 раза относительно потребления по постоянному току. Ну, а в двухполупериодной схеме со средней точкой(при удвоенном числе витков) средний ток обмотки будет равен половине от 1,24, то есть, 0,62 от тока потребления нагрузки.

Рассчитываем диаметры проводов обмоток исходя из протекающих в них токов по следующим формулам (для меди, серебра или алюминия):

Полученные значения округляем в сторону увеличения до ближайшего стандартного диаметра провода.

Делаем проверку расчета. Мощность первичной обмотки — произведение питающего напряжения на потребляемый ток, должна быть равна сумме мощностей всех вторичных обмоток. То есть: U1 х I1 = U2 х І2 + U3 х І3 + U4 х І4 + …

Намотав трансформатор, для проведения дальнейших расчетов выпрямителя необходимо замерить некоторые его параметры:

  • активное сопротивление первичной обмотки;
  • активное сопротивление вторичных обмоток;
  • точные значения напряжений вторичных обмоток, разумеется, проверив, чтобы в сети при этом напряжение составляло 220 вольт. Если же оно отличается от номинала (но находится в пределах 198…242), то пропорционально пересчитать измеренные значения;
  • ток холостого хода первичной обмотки (какой ток трансформатор потребляет из сети при отсутствии нагрузки на его вторичных обмотках).

К примеру, тороидальный силовой двухобмоточный трансформатор, мощностью 530 Вт, который я сам, вручную, мотал в 1982 году на сердечнике от сгоревшего бытового переходного 400-ваттного автотрансформатора 127/220 В, называвшегося в торговой сети “Юг-400”, имел следующие параметры:

  • В = 1,2 Тесла;
  • n220 = 1100 вит;
  • d220 = 0,96 мм;
  • n127 = 635 вит;
  • d127 = 1,35 мм;
  • при этом Iхх = 7 (семь!) мА,

что соответствует индуктивности первичной обмотки 100 Генри. Для сравнения. Промышленная обмотка того автотрансформатора содержала 880 витков на 220 вольт.

Не удивительно, что он перегревался, и в конце-концов сгорел. Когда трансформаторы мотают не для себя, а на продажу, то ради денег и в ущерб качеству экономят на всем. Не надо экономить — это, ведь, то же самое, что самому себе гадить. Желаю удачи!

С.Комаров, UA3ALW. г. Москва. РМ-03-17.

Простейший расчет силового трансформатора

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.

Расчет мощности силовых трансформаторов

Трансформатор – элемент, использующийся для преобразования напряжений. Он входит в состав трансформаторной подстанции. Ее задача – передача электроэнергии от питающей линии (воздушной или кабельной) потребителям в объеме, достаточном для обеспечения всех режимов работы их электрооборудования.

Встраиваемая комплектная трансформаторная подстанция

В роли потребителей выступают жилые многоэтажные здания, поселки или деревни, заводы или отдельные их цеха. Подстанции, в зависимости от условий окружающей среды и экономических факторов, имеют различные конструкции: комплектные (в том числе киосковые, столбовые), встраиваемые, расположенные на открытом воздухе или в помещениях. Они могут располагаться в специально предназначенном для них здании или занимать отдельное помещение здания.

Выбор трансформаторов подразумевает определение его мощности и количества трансформаторов. От результатов зависят габариты и тип трансформаторных подстанций. При выборе учитываются факторы:

Критерий выбора

Определяемый параметр

Категория электроснабженияЧисло трансформаторов
Перегрузочная способностьМощность трансформаторов
Шкала стандартных мощностей
График распределения нагрузок по времени суток и дням недели
Режимов работы их соображений экономии

Выбор числа трансформаторов

Для трансформаторных подстанций используют схемы с одним или двумя трансформаторами. Распределительные устройства, в состав которых входит более 2 трансформаторов, встречаются только на предприятиях или электрических станциях, где применение небольшого их числа не соответствует условиям бесперебойности электроснабжения, условиям эксплуатации. Там экономически целесообразнее установить несколько трансформаторов сравнительно небольшой мощности, чем один или два мощных. Так проще проводить ремонт, дешевле обходится замена неисправного аппарата.

Устанавливают однотрансформаторные подстанции в случаях:

  • электроснабжения потребителей III категории надежности;
  • электроснабжения потребителей любых категорий, имеющих другие независимые линии питания и собственную автоматику резервирования, переключающую их на эти источники.

Но к однотрансформаторным подстанциям есть дополнительное требование. Потребители III категории по надежности электроснабжения, хоть и допускают питание от одного источника, но перерыв его ограничен временем в одни сутки. Это обязывает иметь эксплуатирующую организацию складской резерв трансформаторов для замены в случае аварийной ситуации. Расположение и конструкция подстанции не должны затруднять эту замену. При обслуживании группы однотрансформаторных подстанций мощности их трансформаторов, по возможности, выбираются одинаковыми, либо максимально сокращается количество вариантов мощностей. Это минимизирует количество оборудования, находящегося в резерве.

Киосковая подстанция

К потребителям третьей категории относятся:

  • деревни и села;
  • гаражные кооперативы;
  • небольшие предприятия, остановка которых не приведет к массовому браку выпускаемой продукции, травмам, экологическому и экономическому ущербу, связанному с остановкой технологического процесса.
Схема питания потребителей III категории

Для потребителей, перерывы электроснабжения которых не допускаются или ограничиваются, применяют двухтрансформаторные подстанции.

Категория электроснабженияВремя возможного перерыва питанияСхема питания
IНевозможноДва независимых источника с АВР и собственный генератор
IIНа время оперативного переключения питанияДва независимых источника
III1 суткиОдин источник питания

Отличие в питании категорий I и II – в способе переключения питания. В первом случае оно происходит автоматически (схемой автоматического ввода резерва – АВР) и дополнительно имеется собственный независимый источник питания. Во втором – переключение осуществляется вручную. Но минимальное количество трансформаторов для питания таких объектов – не менее двух.

Схема питания потребителей II категории

В нормальном режиме работы каждый из двух трансформаторов питается по своей линии и снабжает электроэнергией половину потребителей подстанции. Эти потребители подключаются к шинам секции, питаемой трансформатором. Второй трансформатор питает вторую секцию шин, соединенную с первой секционным автоматом или рубильником.

В аварийном режиме трансформатор должен взять на себя нагрузку всей подстанции. Для этого включается секционный автоматический выключатель. Для потребителей первой категории его включает АВР, для второй включение производится вручную, для чего вместо автомата устанавливают рубильник

Поэтому мощность трансформаторов выбирается с учетом питания всей подстанции, а в нормальном режиме они недогружены. Экономически это нецелесообразно, поэтому, по возможности, усложняют схему электропитания. Имеющиеся потребители III категории в аварийном режиме отключают, что приводит к снижению требуемой мощности.

Выбор конструкции трансформатора

По способу охлаждения и изоляции обмоток трансформаторы выпускают:

  • масляными;
  • с синтетическими жидкостями;
  • воздушными.
Масляный трансформатор

Наиболее распространенные – масляные трансформаторы. Их обмотки размещены в баках, заполненных маслом с повышенными изоляционными характеристиками (трансформаторное масло). Оно выполняет роль дополнительной изоляции между витками обмоток, обмотками разных фаз, разных напряжений и баком трансформатора. Циркулируя внутри бака, оно отводит тепло обмоток, выделяемое при работе. Для лучшего теплоотвода к корпусу трансформатора привариваются трубы дугообразной формы, позволяющие маслу циркулировать вне бака и охлаждаться за счет окружающего воздуха. Мощные масляные трансформаторы комплектуются вентиляторами, обдувающими элементы, в которых происходит охлаждение.

Недостаток масляных трансформаторов – риск возникновения пожара при внутренних повреждениях. Поэтому их можно устанавливать только в подстанциях, расположенных отдельно от зданий и сооружений.

Трансформатор с воздушным охлаждением (сухой)

При необходимости установить распределительное устройство с трансформатором поближе к нагрузке или во взрыво- или пожароопасных цехах, используются трансформаторы с воздушным охлаждением. Их обмотки изолированы материалами, облегчающими передачу тепла. Охлаждение происходит либо за счет естественной циркуляции воздуха, либо с помощью вентиляторов. Но охлаждение сухих трансформаторов все равно происходит хуже масляных.

Решить проблему пожарной безопасности позволяют трансформаторы с синтетическим диэлектриком. Их устройство похоже на конструкцию масляного трансформатора, но вместо масла в баке находится синтетическая жидкость, которая не так склонна к возгоранию, как трансформаторное масло.

Группы и схемы соединений

Критериями выбора группы электрических соединений разных фаз обмоток между собой являются:

  1. Минимизация в сетях уровней высших гармоник. Это актуально при увеличении доли нелинейных нагрузок потребителей.
  2. При несимметричной загрузке фаз трансформатора токи первичных обмоток должны выравниваться. Это стабилизирует режим работы сетей питания.
  3. При питании четырехпроводных (пятипроводных) сетей трансформатор должен иметь минимальное сопротивление нулевой последовательности для токов короткого замыкания. Это облегчает защиту от замыканий на землю.

Для соблюдения условий №1 и №2 одна обмотка трансформатора соединяется в звезду, при соединении другой – в треугольник. При питании четырехпроводных сетей наилучшим вариантом считается схема Δ/Yo. Обмотки низшего напряжения соединяются в звезду с выведенным наружу нулевым ее выводом, используемым в качестве PEN-проводника (нулевого проводника).

Еще лучшими характеристиками обладает схема Y/Zo, у которой вторичные обмотки соединяются по схеме «зигзаг» с нулевым выводом.

Схема Y/Yo имеет больше недостатков, чем достоинств, и применяется редко.

Выбор мощности трансформатора

Типовые мощности трансформаторов стандартизированы.

Стандартные мощности трансформаторов
2540601001602504006301000

Для расчета присоединенной к трансформатору мощности собираются и анализируются данные о подключенных к нему мощностях потребителей. Однозначно цифры сложить не получится, нужны данные о распределении нагрузок по времени. Потребление электроэнергии многоквартирным домом варьируется не только в течение суток, но и по временам года: зимой в квартирах работают электрообогреватели, летом – вентиляторы и кондиционеры. Типовые графики нагрузок и величины потребляемых мощностей для многоквартирных домов определяются из справочников.

Для расчета мощностей на промышленных предприятиях требуется знание принципов работы их технологического оборудования, порядок его включения в работу. Определяется режим максимальной загрузки, когда в работу включено наибольшее число потребителей (Sмакс). Но все потребители одновременно включиться не могут никогда. Но при расчетах требуется учитывать и возможное расширение производственных мощностей, а также – вероятность в дальнейшем подключения дополнительных потребителей к трансформатору.

Учитывая число трансформаторов на подстанции (N) мощность каждого рассчитывают по формуле, затем выбирают из таблицы ближайшее большее значение:

В этой формуле Кз – коэффициент загрузки трансформатора. Это отношение потребляемой мощности в максимальном режиме к номинальной мощности аппарата. Работа с необоснованно пониженным коэффициентом загрузки экономически не выгодна. Для потребителей, в зависимости от категории бесперебойности электроснабжения, рекомендуются коэффициенты:

Категория потребителейКоэффициент загрузки
I0,65-0,7
II0,7-0,8
II0,9-0,95

Из таблицы видно, что коэффициент загрузки учитывает взятия одним трансформатором дополнительной нагрузки, переходящей к нему при выходе из строя другого трансформатора или его питающей линии. Но он ограничивает перегрузку трансформатора, оставляя по мощности некоторый запас.

Систематические перегрузки трансформаторов возможны, но их время и величина ограничиваются требованиями заводов-изготовителей этих устройств. По правилам ПТЭЭП длительная перегрузка трансформаторов с масляным или синтетическим диэлектриком ограничивается до 5%.

Отдельно ПТЭЭП определяется длительность аварийных перегрузок в зависимости от их величины.

Для масляных трансформаторов:

Величина перегрузки, %30456075100
Длительность, мин12080452010

Для сухих трансформаторов:

Величина перегрузки, %2030405060
Длительность, мин604532185

Из таблиц видно, что сухие трансформаторы к перегрузкам более критичны.

Оцените качество статьи:

Расчет мощности сигнального трансформатора по сечению сердечника. Простейший расчет силовых трансформаторов и автотрансформаторов

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 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.

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.

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 нужно постоянное напряжение 10 — 15 В, в некоторых случаях, например для мощных выходных каскадов НЧ — 25÷50 В. Для анодных и экранных цепей электронных ламп чаще всего используют постоянное напряжение 150 — 300 В, для 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, для 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 ламповых обычно две обмотки — накальная на 6,3 В и повышающая для анодного выпрямителя. В трансформаторе для транзисторных чаще всего одна обмотка, которая питает один выпрямитель. на какой-либо каскад или узел 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, взять сердечник с сечением 6 см², то для него получится «число витков на вольт» примерно 10.

Первое, что надо сделать, это взять листок бумаги, карандаш и мультиметр. Пользуясь всем этим, прозвонить обмотки трансформатора и зарисовать на бумаге схему. При этом должно получиться что-то очень похожее на рисунок 1.

Выводы обмоток на картинке следует пронумеровать. Возможно, что выводов получится намного меньше, в самом простейшем случае всего четыре: два вывода первичной (сетевой) обмотки и два вывода вторичной. Но такое бывает не всегда, чаще обмоток несколько больше.

Некоторые выводы, хотя они и есть, могут ни с чем не «звониться». Неужели эти обмотки оборваны? Вовсе нет, скорей всего это экранирующие обмотки, расположенные между другими обмотками. Эти концы, обычно, подключают к общему проводу — «земле» схемы.

Поэтому, желательно на полученной схеме записать сопротивления обмоток, поскольку главной целью исследования является определение сетевой обмотки. Ее сопротивление, как правило, больше, чем у других обмоток, десятки и сотни Ом. Причем, чем меньше трансформатор, тем больше сопротивление первичной обмотки: сказывается малый диаметр провода и большое количество витков. Сопротивление понижающих вторичных обмоток практически равно нулю — малое количество витков и толстый провод.

Рис. 1. Схема обмоток трансформатора (пример)

Предположим, что обмотку с наибольшим сопротивлением найти удалось, и можно считать ее сетевой. Но сразу включать ее в сеть не надо. Чтобы избежать взрывов и прочих неприятных последствий, пробное включение лучше всего произвести, включив последовательно с обмоткой, лампочку на 220В мощностью 60…100Вт, что ограничит ток через обмотку на уровне 0,27…0,45А.

Мощность лампочки должна примерно соответствовать габаритной мощности трансформатора. Если обмотка определена правильно, то лампочка не горит, в крайнем случае, чуть теплится нить накала. В этом случае можно почти смело включать обмотку в сеть, для начала лучше через предохранитель на ток не более 1…2А.

Если лампочка горит достаточно ярко, то это может оказаться обмотка на 110…127В. В этом случае следует прозвонить трансформатор еще раз и найти вторую половину обмотки. После этого соединить половины обмоток последовательно и произвести повторное включение. Если лампочка погасла, то обмотки соединены правильно. В противном случае поменять местами концы одной из найденных полуобмоток.

Итак, будем считать, что первичная обмотка найдена, трансформатор удалось включить в сеть. Следующее, что потребуется сделать, измерить ток холостого хода первичной обмотки. У исправного трансформатора он составляет не более 10…15% от номинального тока под нагрузкой. Так для трансформатора, данные которого показаны на рисунке 2, при питании от сети 220В ток холостого хода должен быть в пределах 0,07…0,1А, т.е. не более ста миллиампер.

Рис. 2. Трансформатор ТПП-281

Как измерить ток холостого хода трансформатора

Ток холостого хода следует измерить амперметром переменного тока. При этом в момент включения в сеть выводы амперметра надо замкнуть накоротко, поскольку ток при включении трансформатора может в сто и более раз превышать номинальный. Иначе амперметр может просто сгореть. Далее размыкаем выводы амперметра и смотрим результат. При этом испытании дать поработать трансформатору минут 15…30, и убедиться, что заметного нагрева обмотки не происходит.

Следующим шагом следует замерить напряжения на вторичных обмотках без нагрузки, — напряжение холостого хода. Предположим, что трансформатор имеет две вторичные обмотки, и напряжение каждой из них 24В. Почти то, что надо для рассмотренного выше усилителя. Далее проверяем нагрузочную способность каждой обмотки.

Для этого надо к каждой обмотке подключить нагрузку, в идеальном случае лабораторный реостат, и изменяя его сопротивление добиться, чтобы напряжение на обмотке упало на 10-15%%. Это можно считать оптимальной нагрузкой для данной обмотки.

Вместе с измерением напряжения производится замер тока. Если указанное снижение напряжения происходит при токе, например 1А, то это и есть номинальный ток для испытуемой обмотки. Измерения следует начинать, установив движок реостата R1 в правое по схеме положение.

Рисунок 3. Схема испытания вторичной обмотки трансформатора

Вместо реостата в качестве нагрузки можно использовать лампочки или кусок спирали от электрической плитки. Начинать измерения следует с длинного куска спирали или с подключения одной лампочки. Для увеличения нагрузки можно постепенно укорачивать спираль, касаясь ее проводом в разных точках, или увеличивая по одной количество подключенных ламп.

Для питания усилителя требуется одна обмотка со средней точкой (см. статью ). Соединяем последовательно две вторичные обмотки и измеряем напряжение. Должно получиться 48В, точка соединения обмоток будет средней точкой. Если в результате измерения на концах соединенных последовательно обмоток напряжение будет равно нулю, то концы одной из обмоток следует поменять местами.

В этом примере все получилось почти удачно. Но чаще бывает, что трансформатор приходится перематывать, оставив только первичную обмотку, что уже почти половина дела. Как рассчитать трансформатор это тема уже другой статьи, здесь было рассказано лишь о том, как определить параметры неизвестного 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.

P=U н * I н

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

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 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.

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.

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 %.

и т.д.

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.

Таблица 1

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.

Читайте также…

Пример 3. Расчёт силового однофазного трансформатора

Рассмотрим пример определения потерь в стали на примере двухобмоточного силового трансформатора с Ш-образной формой магнитопровода. Трансформатор моделируется в режиме холостого хода.

Параметры трансформатора
Первичная обмотка: Напряжение первичной обмотки — 220В. Число витков первичной обмотки — 1056. Провод круглого сечения с диаметром d1 = 0,5 мм (сечение q1 = 0,192 мм2).
Вторичная обмотка: Число витков вторичной обмотки: 180. Провод круглого сечения с диаметром d2 = 1,1 мм (сечение q2 = 0,97 мм2).
Размеры магнитопровода трансформатора представлены на рисунке П.3.1. Рисунок П.3.1 – Размеры магнитопровода трансформатора Катушки трансформатора располагаются одна поверх другой вокруг центрального сердечника. При этом вторичная обмотка находится поверх первичной. Учтём, что суммарное поперечное сечение обеих катушек должно умещаться в окне 17х47 мм.
Модель

Выберем тип проекта – переходный процесс (Transient).

Построение геометрии

Построим геометрию магнитопровода.
  1. Для этого создадим с помощью команды DrawBox параллелепипед размером 86 х 38,5 х 73 мм.
  2. Создадим одно окно для катушек. Воспользуемся командой DrawBox — параллелепипед размером 17 х 38,5 х 47 мм, отступив по 13 мм от углов заготовки.
  3. Скопируем получившийся параллелепипед с помощью команды Mirror Duplicate (симметрично скопировать).
  4. Применим операцию Subtract , чтобы вырезать окна.
Рисунок П.3.2 – Этапы построения магнитопровода
Создадим обмотки.
  1. Определим размер катушки первичной обмотки. Отступим от магнитопровода 0,5 мм. Рассчитаем площадь поперечного сечения первичной обмотки, для этого перемножим число витков на сечение проводника. Определим размеры сечения. Высота сечения: Ширина сечения: Ширина катушки первичной обмотки с учётом сердечника (26 мм) и зазора между сердечником и катушкой (0,5 мм): Длина катушки первичной обмотки с учётом сердечника (38,5 мм) и зазора между сердечником и катушкой (0,5 мм): Итоговый размер параллелепипеда под первичную обмотку с учётом размера сердечника составит: 36 х 48,5 х 46 мм. Создадим параллелепипед данных размеров вокруг сердечника (рисунок п.3.3а).
  2. Рисунок П.3.3 – Этапы построения обмотки трансформатора Создадим второй параллелепипед, отражающий внутреннее пространство катушки. Его размер будет меньше размеров построенной фигуры по осям х и у на двойную ширину сечения катушки. Т.е. строим параллелепипед размером 27 х 39,5 х 46 мм (Рисунок п.3.3б).
    Вырежем из вторичной обмотки первичную с помощью команды Subtract . В результате должна получится фигура, представленная на рисунке п.3.3в.
  3. Создадим заготовку под вторичную обмотку по аналогии с п.1.
    Площадь сечения вторичной обмотки: Ширина сечения: Внешние размеры (ширина и длина) большого параллелепипеда катушки будут складываться из соответствующего размера первичной катушки и зазора между катушками. Ширина катушки вторичной обмотки с учётом первичной обмотки (36 мм) и зазора между обмотками (0,25 мм): Длина катушки вторичной обмотки с учётом первичной обмотки (48,5 мм) и зазора между обмотками (0,25 мм): Итоговый размер параллелепипеда под вторичную обмотку с учётом размера первичной обмотки составит: 44,1 х 56,6 х 46 мм. Создадим параллелепипед данных размеров вокруг сердечника.
    По аналогии с первичной обмоткой создадим второй параллелепипед, соответствующий внутреннему пространству катушки. Его размер будет меньше на двойную ширину сечения катушки: 36,5 х 49 х 46 мм.
Примечание: размер катушек не важен, главное задать корректную величину МДС, создаваемую обмоткой. Для удобства в примере размеры катушки определяются через площадь сечения меди обмотки.

Создадим вспомогательные элементы геометрии.

  1. Выделим обмотки и применим к ним операцию меню Modeler > Surface > Section и выберем плоскость, секущую трансформатор вдоль магнитопровода. Получатся сечения обмоток.
  2. К получившимся сечениям применим операцию Modeler > Boolean > Separate Body. Получим 4 сечения для катушек. Два из них нужно выделить и удалить (кнопкой Delete), оставив для каждой обмотки по одному сечению.
  3. Создадим область для расчёта. Применим команду Create Region (Создание региона), в открывшемся окне выберем Pad Individual Direction и по каждой оси отступим 50% от магнитопровода.
Рисунок П.3.4 – Построение вспомогательных элементов геометрии

Задание материалов

В модели будут использоваться два материала: сталь 2013 и медь. Создадим новый материал, назовём его Steel2013. Настроим параметры материала:
  1. Зададим кривую намагничивания: Relative Permeability – Nonlinear – B-H Curve.
    H = 0,56,70,88,110,141,300,1700,7000,20700,130000,290000
    B = 0, 0.4, 0.6, 0.8, 1, 1.2, 1.4, 1.6, 1.8, 2, 2.2, 2.4
  2. Проводимость стали задаем нулевой (Bulk Conductivity = 0). Поскольку сталь шихтованная, то вихревые токи следует учитывать через уравнение Штейнмеца (через эквивалентные коэффициенты).
  3. Принимаем тип потерь в стали — для электротехнической стали (Core Loss Model = Electrical Steel).
  4. Зададим коэффициенты потерь:
    Kh – коэффициент потерь на гистерезис.
    Kc – коэффициент потерь на вихревые токи.

    Если они не известны, можно использовать один из двух мастеров для их расчета:


    Core Loss at One Frequency… (Потери в материале от одной частоты)
    Core Loss versus Frequency… (Потери при разных частотах)

    Рассмотрим автоматическое определение коэффициентов для варианта Core Loss at One Frequency.
    Необходимо задать:
    Зависимость удельных потерь в стали от индукции (кривая P=f(B)). В справочниках, как правило, для сталей указывается одна цифра p1,0/50 в вт/кг (для индукции B=1 Тл и частоты f = 50 Гц). Значения для других величин индукции предлагается находить по формулам [1]:

    По полученным данным заполняем таблицу. Рисунок П.3.5 – Форма расчёта коэффициентов для стали 2013 Поля под графиком:
    • Core Loss Unit – единица измерения для удельных потерь (w/kg – Вт/кг).
    • Mass Density – плотность материала в кг/м3.
    • Frequency – частота перемагничивания материала в Гц.
    • Thickness – толщина материала (стали) в мм.
    • Conductivity – удельная проводимость материала в См/м (S/m). В справочниках указано удельное электрическое сопротивление материала либо в Ом∙м∙10-6, либо в Ом∙мм2/м, что одно и тоже. Проводимость — это обратная величина: где ρ – удельное сопротивление материала в Ом∙м, g – удельная проводимость в См/м.
    После подстановки всех справочных данных получаем искомые коэффициенты.
  5. Зададим шихтовку магнитопровода:
    • Composition > Lamination – указываем, что материал шихтованный.
    • Stacking Factor > 0,97 – коэффициент заполнения пакета сталью.
    • Stacking Direction > V(2) – ось шихтовки материала (V1 – ось X, V2 – ось Y, V3 – ось Z).
    Рисунок П.3.6 – Задание свойств стали 2013
Скачать файл библиотеки со сталью 2013, можно по ссылке: сталь 2013. Файл необходимо разместить в папке PersonalLib (смотреть расположение в настройках программы Tools — Options — General Options — General — Directories).

Присвоим различным элементам модели соответствующие им материалы:

  • Переименуем область магнитопровода в “Core” и присвоим ей материал Steel2013.
  • Переименуем обмотки в “Coil1” и “Coil2” соответственно и присвоим им материал Copper.
Рисунок П.3.7 – Конечное дерево геометрии проекта

Задание обмоток

  1. Создание катушек. Выделим сечение первичной обмотки, ПКМ – Asssign Excitation – Coil Terminal, указываем число витков в катушке – 1056. Повторяем операцию с сечением вторичной обмотки и указываем число витков – 180.
  2. Рассчитаем активное сопротивление обмоток.
    Длина витка катушки: где a и b – длина и ширина средней линии катушки; Активное сопротивление будем рассчитывать по формуле: где ρ=1,7∙10-8 Ом/м – удельное сопротивление меди, w – число витков катушки, q – сечение проводника катушки, kз – коэффициент заполнения сечения катушки проводом; По аналогии рассчитаем активное сопротивление вторичной обмотки: R2=0,58 Ом.
  3. Подключение обмоток. В дереве проекта создаём две обмотки (ПКМ на раздел Excitations – Add Windings…) Для первой обмотки задаём подаваемое напряжение в виде формулы:

    220*sqrt(2)*sin(314*Time),


    а также активное сопротивление 2,71 Ом. Тип обмотки — Stranded (распределённая).
    Для вторичной обмотки в окне Winding задаём тип возбуждения – ток (Type — Current), указываем величину тока, равную нулю (Current = 0). Тип обмотки — Stranded (распределённая).
    Добавляем к каждой обмотке терминалы: ПКМ по созданной Winding – Add Terminal.

Подготовка к расчёту

  1. Включим расчёт потерь в стали. Для этого, необхоимо нажать ПКМ на разделе Excitations (в дереве проекта). Выбрать пункт Set Core Loss… В открывшемся окне выбрать расчёт потерь в магнитопроводе трансформатора
  2. Создание сетки. Выделим все элементы геометрии и применим операцию ПКМ – Assign Mesh Operation – Inside Selection – Length Based. Размер сетки оставим по умолчанию. В случае, если модель не сходится, или результаты расчёта вызывают сомнения, можно повысить точность расчёта, задав меньший размер сетки.
  3. Создание профиля решения. Создадим новый профиль решения: ПКМ на Analysis в дереве проекта – Add Solution Setup. Указываем время расчёта (0,1с) и шаг изменения времени (0,0005с). Если необходимо, указать сохранение поля каждый временной отсчет на вкладке Save Fields.

Представление результатов

Напряжение, индуцированное во вторичной обмотке

Построим график: ПКМ на блоке Results – Create Transient Report – Rectangular Plot.
Category – Winding, параметры: InducedVoltage(Winding2) (Индуцированное напряжение в обмотке Winding2), InputVoltage(Winding1) (Напряжение, подаваемое на обмотку Winding1).
Подтверждаем операцию. Получившийся график представлен на рисунке П.3.8. Рисунок П.3.8 – График напряжения на обмотках трансформатора

Потери в стали

Построим график: ПКМ на блоке Results – Create Transient Report – Rectangular Plot.
Category – Loss, параметр CoreLoss.
Подтверждаем операцию. Получившийся график представлен на рисунке П.3.9. Рисунок П.3.9 – График потерь в стали магнитопровода от времени Для получения среднего значения потерь в стали можно воспользоваться функцией Trace Characterictics, доступной в контекстном меню графика. Выбираем функцию avg и указываем интервал (Range), на котором производить расчёт (Рисунок П.3.10).
Рисунок П.3.10 – Окно математических операций над графиками Результат расчёта можно посмотреть в легенде графика.
Рисунок П.3.11 – Легенда графика с расчётом потерь в стали Для смоделированного трансформатора среднее значение потерь в стали составило 3,3 Вт.
Теория

Определение коэффициента трансформации

Известно [1], что коэффициент трансформации — это отношение числа витков первичной и вторичных обмоток, в то же время это отношение ЭДС этих обмоток.
где E1, E2 – ЭДС первичной и вторичной обмоткок соответственно, w1, w2 – число витков первичной и вторичной обмоток.
Для реального однофазного трансформатора напряжение первичной обмотки:
Напряжение на вторичной обмотке:
Т.к. на холостом ходу i2 = 0, то u2=e2.
Из результатов расчёта модели известно:
I1 = 0,0015 А — амплитудная величина тока в первичной обмотке;
R1 = 2,71 Ом — сопротивление первичной обмотки;
R2 = 0,58 Ом — сопротивление вторичной обмотки;
U1 = 220 В — действующее напряжение в первичной обмотке;
E2 = 53 В — амплитудная величина ЭДС, наведённой во вторичной обмотке.
Определим действующее значение ЭДС первичной обмотки:
Определим коэффициент трансформации через ЭДС обмоток:
Определим коэффициент трансформации через отношение витков обмоток:

Наверх

Список литературы

  1. Вольдек А.И. Электрические машины. Л.:Энергия, 1978. — с.16



Файл модели для версии ANSYS Electromagnetics Suite v.19.0 можно скачать тут: Модель

Автор материалов: Drakon (С) 2018. Редактор: Админ

Расчет силового трансформатора (1) (Реферат)

МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО И

ПРОФЕЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНСТИТУТ

РАДИОТЕХНИКИ ЭЛЕКТРОНИКИ И АВТОМАТИКИ

(ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

Курсовой проект

по предмету:

Электротехника”.

Тема:

Расчет силового трансформатора

Студент: Чубаков А.С.

Группа: ВАИ-6-00

Преподаватель: Плотников С.Б.

МОСКВА 2002

ВВЕДЕНИЕ.

Трансформатор – устройство, предназначенное для изменения величины переменного напряжения, — является практически обязательным структурным элементом источника вторичного электропитания. При наличии первичного источника, вырабатывающего переменное напряжение, трансформатор достаточно часто включается в источник вторичного электропитания в качестве входного элемента. В этом случае трансформатор называется силовым, и его функциональное назначение заключается в преобразовании входной системы переменного напряжения (однофазной или трехфазной) в одну или несколько других систем переменных напряжений, используемых для питания соответствующих потребителей постоянного и переменного тока. В системах питания электронной аппаратуры применяют силовые трансформаторы малой мощности ( не более 4 кВ-А для однофазных и 5 кВ-А для трехфазных систем переменного тока). Они в большинстве случаев работают при низких напряжениях на обмотках (до 1кВ), синусоидальной или близкой к синусоидальной форме преобразуемого напряжения и частоте, равной 50 Гц (частота промышленной сети).

Электронная аппаратура, как правило, требует наличия постоянного напряжения питания одного или нескольких уровней. Поэтому в источниках вторичного электропитания силовой трансформатор работает совместно с одним или несколькими выпрямителями – устройствами, преобразующими системы переменных напряжений в постоянные по полярности и пульсирующие по величине (выпрямленные) напряжения. Выпрямители могут быть регулируемыми и нерегулируемыми. Первые реализуются на базе управляемых полупроводниковых вентилей – тиристоров, вторые – на базе неуправляемых вентилей – диодов. Нерегулируемые выпрямители не обеспечивают стабилизацию выходных напряжений. При колебаниях напряжения источника электропитания, а также при изменении тока в любой из нагрузок, получающих питание от силового трансформатора, величина напряжения, снимаемого с нерегулируемого выпрямителя, изменяется.

Вместе с тем, нерегулируемы выпрямители широко применяются в системах питания электронной аппаратуры в случаях, когда отсутствуют жесткие требования со стороны соответствующих потребителей постоянного тока, или, если такие требования есть, когда предусмотрено включение стабилизаторов постоянного напряжения в цепи питания потребителей.

В данной курсовой работе представлен расчет однофазного низковольтного силового трансформатора малой мощности как структурного элемента источника вторичного электропитания, работающего в длительном режиме. Трансформатор имеет ряд обмоток. Первичная обмотка с числом витков w1 подключена к источнику электропитания, вырабатывающему переменное синусоидальное напряжение U1 и частотой 400 Гц. С двух групп вторичных обмоток с числами витков w2 и w3 снимаются переменные напряжения соответственно U2 и U3 той же частоты. Вторичная обмотка с числом витков w2 через соответствующий нерегулируемый выпрямитель В и выпрямленное напряжение U0, снабжает электроэнергией нагрузку H3, имеющую чисто активный характер, требующую питание постоянным током. Однофазная вторичная обмотка с числом витков w3 подключена непосредственно к нагрузке H3, получающей питание переменным током, частота которого совпадает с частотой источника. На рис. схемы протекают следующие токи: i1 – переменный ток, потребляемый первичной обмоткой трансформатора; i2— переменный ток в фазе вторичной обмотки с числом витков w2; i0 – постоянный по направлению и пульсирующий по величине (выпрямленный) ток, питающий нагрузку H3; i3 – переменный ток, протекающий во вторичной обмотке с числом витков w3 и нагрузке H3.

Возможное наличие реактивных элементов в цепи нагрузки H3 учитывается коэффициентом мощности cosφ3, равным отношению активной составляющей мощности к полной мощности, потребляемой нагрузкой.

Начальные данные:

Напряжение источника электропитания

U1

24 B

Частота напряжения источника электропитания

ƒ

400 Гц

Схема выпрямителя B в цепи питания

Однофазная мостовая

Напряжение на нагрузке H2

U0

12 В

Ток в нагрузке H2

I0

4,16 A

Характер нагрузок H2

Активный

Напряжение на нагрузке H3

U3

36 В

Ток в нагрузке H3

I3

0,277 A

Коэффициент мощности нагрузки H3

cosφ3

0,35

Температура окружающей среды

t0

30 0C

Макс. Температура нагрева трансформатора

tTmax

120 0C

Режим работы

длительный

Практическая работа№7 «Расчет основных характеристик силовых трансформаторов» С-21 | Учебно-методический материал:

Практическая работа №7

Тема: «Расчет основных характеристик силовых трансформаторов».

Цель: рассчитать основные параметры однофазного трансформатора.  

Оборудование: методические указания, учебник [2], микрокалькулятор, линейка.  

Краткие теоретические сведения

Трансформатором называют статический электромагнитный аппарат, преобразующий переменный ток одного напряжения в переменный ток другого напряжения.

Работа трансформатора основана на явлении взаимоиндукции. Простейший трансформатор состоит из стального сердечника (магнитопровода) и двух расположенных на нем обмоток (рисунок 8.1 а).

Рисунок 1 – Принципиальная схема включения однофазного трансформатора с потребителем а), изображение трансформатора на схеме б)

Одна обмотка подсоединяется к источнику переменного тока и называется первичной. К другой обмотке, называемой вторичной, подключают потребители.

При прохождении переменного тока по первичной обмотке в сердечнике образуется переменный магнитный поток. Этот поток пересекает витки вторичной обмотки и наводит в них переменную ЭДС взаимоиндукции. Если вторичная обмотка замкнута напотребитель, то по цепи потребителя начинает проходить переменный ток.

Если во вторичной обмотке число витков больше чем впервичной, то напряжение вторичной обмотки превышает напряжение первичной обмотки и трансформатор будет повышающий. Если в первичной обмотке число витков больше чем вовторичной, то напряжение вторичной обмотки меньше напряжения первичной обмотки и трансформатор будет понижающий.

Основные параметры трансформатора

1. Номинальная мощность –это полная мощность, которую трансформатор может непрерывно отдавать н течение своего срока службы при номинальном напряжении и номинальных температурных условиях

2. Номинальное первичное напряжение – напряжение, на которое рассчитана первичная обмотка.

3. Номинальное вторичное напряжение – напряжение на зажимах вторичной обмотки в режиме холостого хода трансформатора при номинальном первичном напряжении.

4 .Коэффициент трансформации

где ω- число витков первичной и вторичной обмоток;

Е – действующее значение ЭДС электромагнитной индукции в обмотках трансформатора.

5. Номинальный первичный и вторичный   токи в обмотках трансформатора при номинальной мощности и номинальных напряжениях обмоток

6. Коэффициент нагрузки трансформатора. Трансформатор чаще всего работает с нагрузкой, меньше номинальной, поэтому

где S2- фактическая полная мощность нагрузки,

7. Токи в обмотках трансформатора при фактической нагрузке S2

8. Общая мощность потерь энергии в трансформаторе:

 — при номинальной нагрузке

— при фактической нагрузке

где  — мощность потерь в стали сердечника;

— мощность потерь в обмотках трансформатора при фактической нагрузке;

 — мощность потерь в обмотках при номинальной нагрузке.

Если известно сопротивление меди первичной (R1) и вторичной (R2) обмоток трансформатора, то при любой нагрузке можно определить мощность потерь в обмотках

9. Коэффициент мощности нагрузки

где-активная, реактивная и полная мощность нагрузки, питаемой от вторичной обмотки трансформатора.

10. Коэффициент полезного действия трансформатора

— при номинальной нагрузке

— при фактической нагрузке

Порядок выполнения расчета

1. Выписать исходные данные согласно варианту (таблица 1) и вычертить схему цепи (рисунок 1 а).

2. Ознакомиться с параметрами однофазного трансформатора.

3. Выполнить расчет неизвестных параметров, отмеченных в таблице 1 прочерками.

4. В заключении кратко описать принцип действия и виды трансформаторов.

Пример расчета

Дано:

-номинальная мощность =100 ВА;

 -номинальное первичное напряжение=220 В;

-номинальное вторичное напряжение=22 В;

-активная мощность нагрузки=48 Вт

-реактивная мощность нагрузки=36 вар;

-мощность потерь в стали сердечникаРст=7,3 Вт;

 -мощность потерь в обмотках при номинальнойнагрузкеРмн=5,66 Вт.

Определить:

-коэффициент трансформации трансформатора;

-полную мощность нагрузки;

-коэффициент мощности нагрузки;

-коэффициент нагрузки трансформатора;

-КПД трансформатора при номинальной нагрузке;

-номинальные токи в обмотках трансформатора;

-токи в обмотках трансформатора при фактической нагрузке;

-потери мощности в трансформаторе при фактической нагрузке;

-КПД трансформатора при фактической нагрузке.

Порядок расчета

  1. Коэффициент трансформации трансформатора

Таблица 1 – Исходные данные для расчета

  1. Полная мощность нагрузки, питающейся энергией от вторичной обмотки трансформатора

  1. Коэффициент мощности нагрузки

  1. Коэффициент нагрузки трансформатора

  1. КПД трансформатора при номинальной нагрузке

  1. Номинальные токи в обмотках трансформатора

  1. Токи в обмотках трансформатора при фактической нагрузке

  1. Потери мощности в трансформаторе при фактической нагрузке

  1. КПД трансформатора при фактической нагрузке

Содержание отчета  

1. Тема и цель занятия

2. Задание

3. Исходные данные

4.Схема включения трансформатора

5. Расчетная часть

6. Вывод  

Контрольные вопросы

1. Объясните принцип работы однофазного трансформатора  

2. Почему трансформатор работает только на переменном токе?

3. Как практически определить коэффициент трансформации?

Как рассчитать реактивную мощность трансформатора? — нарушение напряжения

Реактивная мощность трансформатора

Силовые трансформаторы во время работы «потребляют» индуктивные ВАРС. Это связано с потребностью в реактивной мощности двух отдельных ветвей трансформатора, а именно:

  1. Шунтирующее намагничивающее сопротивление
  2. Серия Реактивное сопротивление утечки

Реактивная мощность, потребляемая силовым трансформатором, может достигать 5% от номинальной мощности трансформатора при подаче тока полной нагрузки.Коэффициент мощности на первичной обмотке трансформатора обычно ниже, чем тот, который измеряется на вторичной обмотке, из-за этой потребности трансформатора в реактивной мощности. Если измерение производится при среднем напряжении, то также будет измеряться дополнительная реактивная мощность, потребляемая трансформатором. В подобных случаях важно знать, сколько реактивной мощности потребляет трансформатор, чтобы ее можно было вычесть из требуемой реактивной мощности нагрузки. Обычно это происходит, когда счетчик электроэнергии находится на первичной обмотке, а трансформатор также принадлежит коммунальному предприятию.Нет смысла выставлять счет за реактивную мощность, потребляемую трансформатором, принадлежащим коммунальному предприятию, поскольку они могли бы очень хорошо установить счетчик на стороне низкого напряжения, и клиенту не придется платить за это, если это так. Когда заказчик владеет трансформатором, то реактивная мощность, потребляемая силовым трансформатором, будет измеряться коммунальным предприятием.

Калькулятор ниже можно использовать для расчета потребляемой реактивной мощности трансформатора при полной нагрузке и номинальном напряжении .Чтобы рассчитать реактивную мощность, обусловленную только сопротивлением намагничивания шунта, используйте% нагрузки как «без нагрузки».

Конденсаторные батареи обычно меньше рассчитанного значения, поскольку существует риск перекомпенсации в условиях малой нагрузки. Может быть установлен автоматический ступенчатый конденсатор коэффициента мощности, который переключал бы только необходимые ступени конденсатора, чтобы довести коэффициент мощности до желаемого уровня. Однако для этого необходимо будет проводить измерение коэффициента мощности на первичной обмотке трансформатора, что не всегда возможно.Чаще всего реактивная мощность, потребляемая силовым трансформатором, составляет лишь небольшой процент от реактивной мощности объекта, и точная компенсация может не потребоваться.

1. Реактивное намагничивание шунта

Реактивное сопротивление намагничивания шунта отвечает за создание магнитного потока в сердечнике трансформатора. Ток, необходимый для создания этого потока в сердечнике, называется током возбуждения и относительно не зависит от тока нагрузки трансформатора. Возбуждающий ток обычно около 0.25-2% от тока полной нагрузки трансформатора. Фактическое значение тока возбуждения можно получить из протокола заводских испытаний или измерить в полевых условиях.

Для расчета потребляемой реактивной мощности сначала рассчитайте приблизительное намагничивающее сопротивление шунта на основе заданного тока возбуждения. Ток возбуждения обычно указывается в процентах от тока полной нагрузки трансформатора.

2. Последовательное реактивное сопротивление утечки

Импеданс утечки серии

косвенно относится к величине магнитного потока, который не связан между первичной и вторичной обмотками.Последовательное реактивное сопротивление утечки (также известное как% импеданса) является важным параметром трансформатора, который определяет вклад короткого замыкания, регулирование напряжения и т. Д.

Требуемая реактивная мощность из-за последовательного реактивного сопротивления утечки изменяется пропорционально квадрату тока нагрузки. Полная индуктивная потребляемая мощность силового трансформатора — это арифметическая сумма требований, связанных с обеими вышеупомянутыми ветвями. Калькулятор в этой статье рассчитает это за вас.

Компенсация реактивной энергии, потребляемой трансформатором

Реактивная мощность, потребляемая трансформатором, может быть компенсирована добавлением параллельно подключенных конденсаторных батарей.Как можно увидеть из вычислителя, когда трансформатор нагружен, полная реактивная мощность Qt состоит из двух компонентов: реактивной мощности Q0 во время работы в режиме холостого хода (состояние без нагрузки) и реактивной мощности, вызванной реактивным сопротивлением утечки. Полная реактивная мощность, потребляемая трансформатором, описывается следующим уравнением:

Где,

Q t = Общая реактивная мощность, потребляемая трансформатором

Q 0 = Реактивная мощность, потребляемая шунтирующим реактивным сопротивлением намагничивания трансформатора (без нагрузки)

% z = сопротивление короткого замыкания трансформатора в процентах

кВА T = номинальная мощность трансформатора

кВА

кВА L = Нагрузка кВА

Если для компенсации потребляемой трансформатором реактивной мощности требуется емкостная компенсация, следует проявлять осторожность, чтобы избежать чрезмерной компенсации в условиях малой нагрузки.В условиях малой нагрузки или отсутствия нагрузки реактивное сопротивление утечки не будет потреблять никакой реактивной мощности, и реактивную мощность потребляет только шунтирующее сопротивление намагничивания. В случае чрезмерной компенсации это приведет к увеличению напряжения на вторичных клеммах. Многие коммунальные предприятия предоставляют документы, в которых перечислены максимальные емкостные компенсации, которые могут быть установлены на вторичной обмотке служебного трансформатора. Если вам нужна эта информация, обратитесь в местную электрическую сеть.

Чаще всего реактивная мощность, потребляемая трансформатором, очень мала по сравнению с общей реактивной мощностью, потребляемой нагрузкой объекта.В этих случаях предприятие может принять решение об установке конденсаторной батареи большей емкости на вторичной обмотке трансформатора. В этом случае необходимо обратить внимание на возможность гармонического резонанса между реактивным сопротивлением трансформатора и конденсатором.

Как измерить реактивную мощность?

Калькулятор коэффициента мощности

(PDF) Расчет оставшегося срока службы бумажной изоляции силовых трансформаторов

0 1020304050

0,0

0,2

0.4

0,6

0,8

1,0

Трансформатор

Возраст

P (x)

0,5

Вероятность отказа

Оставшийся срок службы (лет)

Рис. 7. Вероятность отказа P (x) оставшегося срока службы трансформатора

на основе модели руководства по нагрузке IEC.

Кривая вероятности неисправности на рис. 6 не такая крутая, как кривая

, представленная на рис. 7.

Это связано с погрешностями параметров, которые учитываются

в (6).Поскольку неопределенность направляющей нагрузки просто игнорируется

, определяя ожидаемый срок службы в 30 лет для некоторых заданных условий

в (4), что приводит к кажущейся точной точности прогноза

.

Модель направляющей загрузки имеет несколько недостатков, которые удалось преодолеть с помощью модели ухудшения качества бумаги [1].

 Как указано выше, руководство по нагрузке IEC прогнозирует старение

относительно эталонного срока службы, номинальный срок службы бумажной изоляции

, предполагаемый 30 лет.

 Его прогноз не может быть проверен или откалиброван с помощью

измерения внешних доступных индикаторов, например DP-

стоимость [7]. Это не позволяет напрямую изменять порог конца жизни

, всегда выбирается 200 [1, 18].

 Модель руководства по загрузке IEC

способна прогнозировать деградацию только сухой бумаги, но не любого типа бумаги

, подверженного различным загрязнениям (вода,

кислород или кислоты), появляющимся во время работы трансформатора

.

Следует учитывать, что присутствие воды и кислорода

может серьезно повлиять на срок службы трансформатора

[7].

VII. ВЫВОДЫ

Расчет оставшегося срока службы основан на двух моделях:

, модель руководства по загрузке IEC и модель ухудшения качества бумаги.

В расчетах используется вероятностный подход. Конечная цель

— объединить техническую модель, обсуждаемую в этом документе

, с инструментом управления, позволяющим управляющему активами

анализировать риски, выгоды, затраты и доступность.

Оставшийся срок службы, рассчитанный с использованием бумажной модели деградации

для случая, оцениваемого в статье, на

меньше, чем значение, рассчитанное с помощью руководства по загрузке IEC

, примерно на 45%.

Прогноз бумажной модели можно сузить до

(минимизируя запасы точности), используя

измеренных значений, например по содержанию фурфурола.

Чтобы помочь менеджеру активов в процессе принятия решений,

две модели объединены в единый программный инструмент.Программное обеспечение

, используемое для расчета оставшегося срока службы, быстрое,

стабильное и простое в использовании.

A

ЗНАНИЕ

Работа финансировалась Отраслевой операционной

Программа развития человеческих ресурсов на 2007-2013 годы

Министерства труда, семьи и социальной защиты Румынии

Защита посредством финансового соглашения

POSDRU / 88 /1.5/S/60203 и KEMA Nederland BV

(Арнем, Нидерланды).

R

EFERENCES

[1] А. ван Шейндел, «Моделирование надежности силовых трансформаторов», PhD.

Диссертация, факультет электротехники, Эйндховен

Технологический университет, Эйндховен, Нидерланды, 2010.

[2] А. ван Схейндел, PAAF Wouters, EF Steennis и JM Wetzer,

«Подход к интегралу Модель надежности силового трансформатора »,

European Transactions on Electric Power, 2011.

[3] Т. В. Оммен, Томас А. Прево, «Целлюлозная изоляция в маслонаполненных трансформаторах

: Часть II — Поддержание целостности изоляции и срок службы

», IEEE Electrical Insulation Magazine, vol. 22, нет. 2, pp. 5-14,

2006.

[4] К. Бабурао, Н. М. Бхангре, А. М. Вагл, А. Венкатасами, С. E

Чаудхари, «Опыт DP и фурана в оценке остатков жизни

силового трансформатора », Мониторинг и диагностика состояния CMD

2008, с.555-558, 2008.

[5] Линь Чаохуэй, Чжан Бидэ, Юань Ючунь, «Диагностика старения твердой изоляции

для масляных силовых трансформаторов и прогноз оставшегося срока службы

», Asia-Pacific Power and Energy

Engineering Conference (APPEEC), стр. 1-3, 2010.

[6] X. Zhang, E. Gockenbach, «Управление активами трансформаторов на основе

по мониторингу состояния и стандартной диагностике», IEEE Electrical

Insulation Magazine, vol.24, вып. 4, pp. 26-40, 2008.

[7] A. van Schijndel, J. M. Wetzer, and P.A.A.F. Воутерс, «Прогнозирование надежности трансформатора

», Конференция IEEE по электрической изоляции и

диэлектрических явлений, стр. 577-582, 2006 г.

[8] А. Н. Джахроми, Р. Пирси, С. Кресс, JRR Service and W. Fan, «Подход

к управлению активами силовых трансформаторов с использованием индекса Health

», IEEE Electrical Insulation Magazine, vol. 25, нет. 2, стр. 20-34,

2009.

[9] Т. А. Прево, Т. В. Ооммен, «Целлюлозная изоляция в маслонаполненных трансформаторах

: часть I — история и развитие», IEEE Electrical

Insulation Magazine, vol. 22, нет. 1, стр. 28-35, 2006.

[10] М. Х. Гломм Эсе, К. Б. Лиланд и Л. Э. Лундгаард, «Окисление бумажной изоляции

в трансформаторах», IEEE Transactions on Dielectrics

and Electrical Insulation, vol. 17, нет. 3, pp. 939-946, 2010.

[11] Аннелор Шаут, Стейн Отру и Стив Экхудт, «Применимость метанола

в качестве нового маркера ухудшения качества бумаги в трансформаторах Power

», IEEE Transactions on Dielectric and Электрооборудование

Изоляция, об.18, нет. 2, pp. 533-540, 2011.

[12] P.A.A.F. Воутерс, А. ван Схейндел, Дж. М. Ветцер, «Оставшийся срок службы

моделирование силовых трансформаторов: отдельные активы и парки», IEEE

Electrical Insulation Magazine, vol. 27, нет. 3, стр. 45-51, май / июнь

2011.

[13] П.В. Нотингер, Л.В. Бадику, Л.М. Думитран, Р. Сетнеску, Т.

Сетнеску, «Оценка срока службы трансформаторного щита с использованием энергии активации

», ISEF 2011 — XV Международный симпозиум по электромагнитным полям

в мехатронике, электротехнике и электронной технике, 2011 г.

[14] Л. Э. Лундгаард, В. Хансен, С. Ингебригтсен, «Старение минерального масла

, пропитанного целлюлозой путем кислотного катализа», IEEE Transactions on

Dielectrics and Electric Insulation, vol. 15, вып. 2, pp. 540-546, 2008.

[15] AM Emsley, GC Stevens, «Обзор химических индикаторов деградации

целлюлозной бумажной изоляции в маслонаполненных трансформаторах

», IEEE Proceedings Science, Measurement and

Технологии, т.141, нет. 5, pp. 324-334, 1994.

Что такое потери в сердечнике трансформатора? С расчетом и формулой —

Трансформатор — это статическое устройство, то есть в нем отсутствуют механические неисправности (например, потеря трения). Трансформатор состоит только из потерь энергии (отказ железа и меди).

Ни одна машина в мире не эффективна на 100 процентов, потери всегда есть!

Из-за изменений намагниченности сердечника трансформатора, а также потери меди из-за силы намотки трансформатора, происходит потеря физического явления.В объяснении описаны различные способы неудачи.

Не только из-за переменных колебаний магнитной цепи сердечника трансформатора, но и в основном из-за силы сопротивления обмотки. который ясно объяснил эту потерю физического явления в статье, в основном связанной с потерями в сердечнике.

Любые потери в трансформаторе всегда рассчитываются на основе двух измерений: «Открытый контур» и «Замкнутый контур». С помощью этих измерений выходное напряжение, общие потери и КПД трансформатора оцениваются для расчета общей производительности любых трансформаторов.

Как правило, в трансформаторах известны только электрические потери. Но эти потери составляют лишь небольшую часть общих потерь трансформатора. Как и большинство потерь, происходит с сердечником в виде гистерезиса и потерь на вихревые токи.

Какие основные потери происходят в сердечнике трансформатора?

В трансформаторах считается одной из основных потерь по сравнению с другими существующими потерями. Это равносильно ИК, где он представляет собой общие потери тока в сердечнике из-за примесей материала и магнитного потока.R — общее сопротивление сердечника из-за воздушных зазоров и неправильной первичной и вторичной обмотки. Которая рассеивается в виде тепла.

Понимание концепции потери трансформатора

Фактические потери в стоимости электроэнергии относительно увеличиваются, особенно в нерабочее время. С уменьшением нагрузки при этом, а также увеличением относительной грузоподъемности формы. В целом, потеря энергии в трансформаторах — это реальная разница между входной и выходной мощностью.

С каких пор будет подаваться питание на первичный контур.Входящая нагрузка рассчитывается для достижения конечной точки сердечника. Также учитываются потери, которые произошли при электроснабжении.

Какие потери в трансформаторах?

Потери в любом трансформаторе в основном классифицируются в зависимости от конструкции и эксплуатации. Какие

  1. Переменная потеря
  2. Постоянная потеря

, который далее делится на четыре основных вида на основе постоянных и переменных убытков.

  1. Потеря меди
  2. Потери в сердечнике
  3. Паразитная потеря
  4. Диэлектрические потери

Поскольку большинство потерь в трансформаторе происходит из-за типов сердечников и их функций. Что снова подразделяется на

  1. Гистерезис потери
  2. Потери на вихревые токи

Вот групповая диаграмма отказов трансформатора, чтобы вы могли ее четко понять.

Классификация потерь трансформатора

Потери в меди — это фактические потери в обмотке трансформатора, включая первичную и вторичную обмотки, вызванные примесями материала в меди, которые препятствуют прохождению тока через провода обмотки. Их также часто называют потерями в обмотке.

Известный уравнением:

I 2 R

Где « I » — ток, протекающий в обмотке из медного провода.

Где « R » — сопротивление обмотки из медного провода из-за примесей материала

Как уменьшить потери в меди в трансформаторе?

Истощение запасов меди вызвано омическим сопротивлением (R) обмоточного трансформатора и электрическим током (I).

Это в конечном итоге вызвано плохим качеством материала обмоток трансформаторов, а обмотки без потерь являются основными причинами потерь в меди. который может быть уменьшен двумя способами, если обмотка трансформатора будет плотной, так что сопротивление будет уменьшено, и импрегнацией вакуумной мощности (VPI) .

Каковы потери в сердечнике трансформатора?

Потери в сердечнике, также известные как потери в железе, в конечном итоге вызваны переменным магнитным потоком в сердечнике.Кроме того, потери в стали делятся на гистерезисные и вихретоковые потери.

Это потери, возникающие в сердечнике трансформатора, когда он подвергается переменным изменениям магнитного потока под действием материала. Что является , ответственным за падение коэффициента преобразования энергии, ухудшающее производительность и эффективность .

Из-за нестабильных магнитных полей происходит отказ, который в конечном итоге разрушает сердечник без стабильного магнитного поля. В зависимости от основной причины они классифицируются на две разные потери.

Гистерезис потери

Когда сердечник трансформатора подвергается воздействию непрерывных переменных магнитных сил, возникает петля гистерезиса, в результате чего мощность рассеивается в виде внешнего тепла, что называется потерей гистерезиса.

Потери на гистерезис

Вот формула для расчета

P h = KƞB 1,6 fV в ваттах

Где «» — постоянная величина, зависит от материала магнитопровода.’

f ‘ — частота в Герцах.

B ‘ — самая высокая плотность потока.

V ‘ — объем материала.

Почему кремнистая сталь считается лучшим материалом сердечника для уменьшения потерь на гистерезис?

Кремниевая сталь

считается идеальным источником для уменьшения потерь на гистерезис, который является чрезвычайно хрупким и электромагнитным материалом, широко известным как холоднокатаная кремниевая сталь с центрированным зерном.Эти материалы состоят из небольших доменов размером зерна, которые ведут себя как магнит. Поскольку эти домены очень малы в конфигурации вещества, где любой диполь в том же направлении параллелен.

Другими словами, эти домены действуют как очень маленькие магниты, случайно размещенные в структуре материала.

Кривая ЧД изменяется при изменении домена в направлении магнитного поля.

Потери на вихревые токи

В трансформаторах, когда переменный ток подается на первичную обмотку, он создает переменный магнитный поток в сердечнике.Поскольку этот поток индуцируется во вторичной обмотке, создается напряжение. Это пропорционально увеличивает ток по нагрузке. Из-за переменного количества магнитного потока в сердечнике трансформатора индуцируется электродвижущая сила.

Вот формула для расчета

P e = K e B 2 f 2 t 2 В в ваттах

, где « K e » — постоянный коэффициент.

f ‘ — частота в Герцах.

«B » — это самая высокая плотность потока по Веберу на квадратный метр.

«Т » — толщина ламинированного материала в метрах.

«V » — объем материала в кубических метрах.

Поскольку эти электродвижущие силы ответственны за местные токи. Циркуляционные токи не добавляют никакой ценности к общей производительности, которая тратится впустую, поскольку тепло влияет на производительность . Этот вид потерь известен как потери на вихревые токи.

Они сделаны из электропроводящего материала, так как по нему циркулирует ЭДС. Они возникают, когда проводник испытывает изменяющееся магнитное поле. Хотя такие токи мало удовлетворяют магнитному материалу, известному как потери на вихревые токи, они создают потери (потери I 2 R).

Потери на вихревые токи

Почему кремнистая сталь считается лучшим материалом сердечника для снижения потерь на вихревые токи?

Использование силиконового материала для сердечника и очень тонкого ламинирования исключает эти потери.Затем он обеспечивает магнитную цепь с низким сопротивлением и высокой магнитной проницаемостью.

При изготовлении тонких пластин потери на вихревые токи уменьшаются.

Для уменьшения вихревых токов используется многослойная сталь.

Отношение потерь на вихревые токи и гистерезисных потерь определяет общие потери в сердечнике.

(Pi) = (гистерезисные потери + вихретоковые потери) = ((Ph) + (Pe) (гистерезисные потери + вихретоковые потери)

Где я могу узнать больше о таких магнитопроводах?

Вы можете связаться с опытной технической командой из Nicore India , которая сможет помочь вам с выбором правильного сердечника.В зависимости от размера и требуемой производительности.

Подробнее: Продукция с магнитным сердечником Nicore

Факторы электрических потерь

Снижение мощности обмоток можно определить при нагреве током. Эти затраты составляют 4-7 процентов от общей энергии, потребляемой в сетях. Они полагаются на ряд факторов.

  • Электрическая нагрузка системы.
  • Конфигурация внутренних сетей, их длина и размер сечения.
  • Режим работы.
  • Средневзвешенный коэффициент мощности системы.
  • Расположение компенсирующих устройств.
  • Потери в сердечнике трансформаторов переменные. На него влияет ток в цепях.

Формула наилучшего расчета

Коэффициент нагрузки в представленном методе определяется формулой:

K = E a / NM * OC h * cos π, где E a — количество активной мощности.

Какие потери возникают в течение периода нагрузки в трансформаторе, можно рассчитать в установленном порядке.Для этого используется формулировка:

P = XX * OC h * K 2 * LF

Если вам понравилась эта статья, дайте нам знать в комментариях о любых улучшениях и отзывы об этом содержании, если оно действительно того стоит. Если вы ищете какие-либо продукты.

Nicore India предоставляет материалы, изготовленные из сердечников из кремнистой стали CRGO и CRNO. Это не только помогает улучшить общую стабильность работы, но также устраняет гистерезис и потери на вихревые токи.

EI Core testing для Hystersis Loss

Они производятся с использованием стандартизированных процессов для достижения максимальной эффективности и превосходят любые ферритовые сердечники.

Чтобы получить более практическую информацию по этой теме, вы можете посмотреть YouTube здесь.

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, поскольку 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, на который 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 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 железо, или ленточные сердечники. 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-нибудь держал в руках промышленный трансформатор тока для высоких токов, он увидел, 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 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.

Будучи 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 готовый прибор, КПД, потребляемая мощность. Кроме того, при неверном расчете с подмоточным устройством может произойти множество непонятных вещей:

  • перегрев;
  • при работе издавать звонкие звуки;
  • 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 и 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;
  • таких же показателей 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 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 типа 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;
  • Лента батистовая
  • ;
  • 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 корректных расчетов рекомендуется увеличить количество витков вторичной обмотки именно на эту разницу.

Следующим шагом будет определение диаметра провода обе обмотки. 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 пройденного 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 ее 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 можно 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:

  1. 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 очень определенному количеству 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 будет у всех обмоток 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. Если пластины типа Ш используются без отверстий в углах, для которых ширина боковых жил 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 сильнее нагревается.Для каждого типа обмоточного провода существует предел допустимого нагрева, который зависит от свойств эмалевой изоляции. Поэтому 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.

    Выбирая 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 произвести 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.

    консультантов по электротехнике | Процентное сопротивление | Трансформеры

    Импеданс трансформатора в процентах является измеренным значением. отпечатано на паспортной табличке и фактически является измерением напряжения.Это проверенное значение, которое производители делают для силовых распределительных трансформаторов и используется при расчете тока короткого замыкания. Это важно для координация устройств защиты от сверхтоков (OCPD), анализ короткого замыкания, гармонический анализ и исследования вспышки дуги.

    Импеданс в процентах — это процент номинального напряжения, необходимого для протекания номинального тока, когда вторичные обмотки закорачиваются при номинальном отводе напряжения и частоте.

    Щелкните изображение, чтобы увидеть паспортную табличку.

    Пример процентного сопротивления

    Если трансформатор имеет полное сопротивление 6,33%, потребуется 6,33% входного первичного напряжения, чтобы вызвать 100% номинального тока на вторичные обмотки при возникновении наихудшего отказа. В системах распределения электроэнергии наихудший случай неисправности возникает, когда металл с низким сопротивлением стержень замыкает линии и называется разломом с болтовым креплением.

    Теперь, если на первичный вход подается 100% напряжения, то примерно 100/6.33 = 15,8x номинальный ток будет течь во вторичной обмотке. обмотка при худшем случае неисправности. Это максимальный ток короткого замыкания, который может быть в вашей системе.

    Тестирование процентного сопротивления

    При наихудшем случае неисправности вторичные выводы трансформатора скреплены болтами, а на самом деле скреплены медными шинами. с амперметром, установленным последовательно.

    Очень осторожно, напряжение на первичных линиях повышается до тех пор, пока не будет достигнут вторичный ток полной нагрузки.

    Например, этот трансформатор 2500 кВА, 12,47 кВ на 600/347 В, показанный на фото:

    Когда вторичный ток достигает 2406А, на первичной обмотке снимается напряжение, чтобы увидеть, какое входное напряжение требуется для достижения этого значения. номинальный ток полной нагрузки на вторичной обмотке. В этом случае техник прочитал бы 789,35 В.

    Выполнение простого расчета:

    Важное примечание для инженеров-электриков:
    Всегда считывайте измеренный% импеданса с паспортной таблички, а не из таблицы данных.На этом трансформатор в Эдмонтоне, Альберта, на паспортной табличке указано 6,33, в то время как в сопроводительной литературе указано только 6%. Разница была небольшая, но точность важна по электрическим оценкам.

    Типичные значения импеданса в процентах

    Как инженеры-консультанты по электрике, это типичные уровни импеданса, которые мы видел на трансформаторах.

    Типичные значения импеданса в процентах

    Размер трансформатора

    (кВА)

    Типичные значения% Z
    0-150 Менее 4%
    151-300 4%
    301-600 5%
    601-2500 6%
    2501-5000 6.5%
    5001-7500 7,5%
    7501-10000 8,5%
    Более 10 кВА 9,5%

    Простой неразрушающий тест импеданса трансформатора в процентах дает точные показания для расчета неисправностей.

    Калькулятор расчета тока полной нагрузки трансформатора (амперы)

    Калькулятор тока полной нагрузки трансформатора:

    Введите напряжение, номинальное значение кВА, затем нажмите кнопку расчета.Вы можете выбрать одно- или трехфазный, а также линейный или линейный с нейтралью вариант, чтобы определить ток полной нагрузки. После изменения нажмите кнопку расчета, чтобы получить ток в амперах. Кнопка сброса очищает все значения в поле.

    Что такое ток полной нагрузки:

    Ток полной нагрузки — это не что иное, как максимально допустимый ток обмотки, который используется для разработки системы защиты трансформатора.

    Расчет тока трансформатора:

    Ток трансформатора можно рассчитать двумя способами, например,

    .
    • Использование метода расчета мощности
    • По методу коэффициента передачи

    Использование метода уравнения мощности:

    Уравнение мощности можно разделить на два типа: однофазное и трехфазное.Если на входе трансформатора одна фаза (R, Y или B) с нейтралью (N), это означает, что эти трансформаторы называются однофазными трансформаторами. Если трансформатор имеет трехфазный вход, это означает, что эти трансформаторы называются трехфазным трансформатором.

    Расчет тока однофазного трансформатора

    Ток полной нагрузки трансформатора I (A) в амперах для однофазного трансформатора равен 1000-кратному номинальному значению трансформатора S (кВА) в кВА (киловольт-ампер), деленному на первичную обмотку В (PV) или вторичное напряжение V (SV) в вольтах трансформатора.В целом ток полной нагрузки равен

    .

    I (A) = S (кВА) * 1000 / V (V)

    Если трансформатор рассчитан на средние МВА, формула будет

    I (А) = S (МВА) * 1000000 / В (В)

    Трансформатор имеет два тока: один — первичный, а другой — вторичный.

    Если вы хотите рассчитать первичный ток, мы должны учитывать только первичное напряжение, тогда формула будет

    Первичный ток в амперах I (P-A) = S (кВА) * 1000 / В (P-V)

    Если вы хотите рассчитать вторичный ток, нам нужно взять только вторичное напряжение; Тогда формула будет

    Вторичный ток в амперах I (S-A) = S (кВА) * 1000 / В (S-V)

    Пример:

    Рассчитайте полный ток нагрузки однофазного трансформатора мощностью 25 кВА, 230 вольт.

    Ток полной нагрузки в амперах = 25 * 1000/230 = 108,696 A

    Расчет тока трехфазного трансформатора

    Ток полной нагрузки I (A) в амперах равен 1000-кратному номиналу трансформатора S (кВА) в кВА, деленному на 3-кратное умножение корня между линейным напряжением V (В) в вольтах. .

    I (A) = S (кВА) * 1000 / (1,732 * V (V) )

    , если вы возьмете напряжение между фазой и нейтралью, V (L-N) в вольтах означает, что формула тока будет

    .

    I (A) = S (кВА) * 1000 / (3 * V (L-N) )

    Следовательно, для расчета первичного тока I (P-A) в амперах будет

    .

    I (P-A) = S (кВА) * 1000 / (1.732 * В (П-В) )

    В (P-V) — первичное напряжение в вольтах

    Следовательно, формула для вторичного тока I (S-A) в амперах будет

    .

    I (S-A) = S (кВА) * 1000 / (1,732 * V (S-V) )

    В (S-V) = Вторичное напряжение в вольтах.

    Метод передаточного отношения:

    Как известно, отношение между первичным напряжением V (PV) в вольтах и ​​вторичным напряжением V (SV) в вольтах равно отношению вторичного тока I (SA) в Амперах к току вторичной обмотки. первичный ток I (SA) в амперах.Отношение можно записать как,

    (V (P-V) / V (S-V) ) = (I (S-A) / I (P-A) ) = (N (P) / N (S)

    N p = Первичные витки

    Н с = Вторичные витки

    Если вам известны какие-либо три параметра из вышеперечисленных, вы можете рассчитать ток полной нагрузки трансформатора в амперах на основе коэффициента трансформации.

    Давай перепишем формулу для вторичного тока,

    I (S-A) = (V (P-V) * I (P-A) / V (S-V) )

    I (S-A) = N (P) * I (P-A) / N (S)

    Перепишем формулу первичного тока

    I (P-A) = V (S-V) * I (S-A) / V (P-V)

    I (P-A) = I (S-A) * N (S) / N (P)

    ТРЕХФАЗНЫЙ ТРАНСФОРМАТОР ДЕЛЬТА (расчет линейного и фазного тока)

    добавить этот пост в свои социальные сети

    Для расчета мощности трехфазного трансформатора нам необходимо знать его номинальные характеристики, а названия конфигурации трансформатора, такие как «треугольник» и «звезда», основаны на способе соединения обмоток внутри трансформатора.Эти соединения определяют поведение трансформатора, а также определяют методы расчета, необходимые для правильного применения данного трансформатора. A Power Transformer.jpg Давайте рассмотрим трансформатор с конфигурацией Delta из-за небольших сложностей, с которыми инженеры сталкиваются при вычислении фазных и линейных токов трансформатора.

    Как мы должны знать, в трансформаторе треугольника фазный ток не равен току линии, как в трансформаторе звезды, и это потому, что в трансформаторе треугольника каждая линия подключена к двум фазам трансформатора.Трансформатор звезда / треугольник.gif Для трансформатора, соединенного треугольником, для расчета фазных и линейных токов можно использовать следующие формулы:
    Рис. 3-фазного трансформатора, треугольник.gif Линейный ток I (линия) = I (фаза) × √3
    OR I ( линия) = линейная мощность ÷ линейное напряжение x√3
    = ВА ÷ (E × √3)
    Фазный ток I (фаза) = I (линия) ÷ √3 OR I (фаза) = фазная мощность ÷ фазное напряжение
    = ВА ÷ E

    Если мы введем некоторые числа, мы сможем более четко увидеть
    влияние дельта-конфигурации на токи. Давайте посмотрим на трехфазную нагрузку 240 В, 36 кВА (рис.выше).
    Сначала давайте решим линейный ток (общая мощность сети = 36 кВА).
    I (линия) = VA ÷ (E × √3)
    I (линия) = 36000 ВА ÷ (240 В × √3)
    I (линия) = 87A
    Теперь давайте решим фазный ток (общая фазная мощность = 36кВА).
    Фазная мощность = 36 кВА / 3 = 12 кВА на фазу.
    I (фаза) = ВА ÷ E
    I (фаза) = 12 кВА / 240 В
    = 12000 ВА / 240 В
    = 50 А.
    Из расчетов видно, что линейный ток выше, чем фазный, по причинам, которые мы обсуждали ранее, что каждая линия дельта-трансформатора подключена к двум фазам трансформатора.
    Мы также можем рассчитать первичный и вторичный токи трансформатора треугольник / треугольник, используя те же формулы.

    Пример

    : каковы первичные и вторичные токи для трехфазного трансформатора, соединенного треугольником, 480 В / 240 В, 150 кВА?
    Солн:

    Первичные токи:
    Линейный ток на первичной стороне:
    I (линия) = VA ÷ (E × √3)
    I (линия) = 150,000 ВА ÷ (480 В × 1,732)
    = 180A
    Также фаза ток первичной обмотки,
    I (фаза) = ВА ÷ E
    Мощность фазы = 150 000 ВА / 3 на фазу.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.