Расчет Трансформаторов
На рисунках а, б, в и г, нарисованы соответственно Ш, ШЛ, П и ПЛ-тип исполнения железа трансформаторов.
a — ширина керна на котором намотана обмотка,
c — толщина керна (набора пластин),
b — ширина окна,
h — высота окна.
Добавил рисунок для железа ОЛ-типа (тороиды).
a — ширина керна, a=(D-d)/2
D — Внешний диаметр,
d — Внутренний диаметр, окно трансформатора.
h — Высота железа
S — на рисунке, площадь железа.
Все размеры желательно записывать в миллиметрах, но при расчетах будут использоваться размеры в сантиметрах.
В зависимости от толщины пластин (для железа типа Ш и П) или ленты (для ШЛ, ПЛ и ОЛ) в расчет площади железа берется коэффициент заполнения сталью — Кст . Для пластин толщиной 0,2мм Кст =0,85; при 0,35мм Кст =0,9; при 0,5мм Кст =0,93. 0,95.
Витые сердечники имеют обычно толщину ленты 0,2мм и Кст=0,9. Коэффициент этот учитывает зазор между пластинами или лентой трансформатора, образующийся из-за окислов или специального изоляционного покрытия каждой пластины сердечника.
Для примера, возьму в расчет железо трансформатора ТС-270 с такими параметрами
a — 25мм, c — 45мм, b — 40мм, h — 100мм, конструкция сердечника П-образная, ленточная, т.е. тип-ПЛ.
Площадь железа определяется по формуле
S c =a*c*Кст = 2,5*4,5*0,9=10,125см 2
Для тороидов, S c =(D-d)h*К ст /2 , и площадь окна S o =3,14d 2 /4
Активная площадь железа найдена, теперь нужно узнать габаритную мощность,
Габаритную мощность можно определить по формуле:
P габ =(S c *B m ) 2 ,
где B m — это величина индукции в железе, Тл . Берется это значение исходя из свойств материала сердечника и его конструкции. Еще немного зависит от мощности трансформатора, от размеров железа.
Нужное значение B m и другие необходимые параметры — можно найти из таблицы 1 ,
Таблица 1 . Некоторые поля пустые, потому что не нашел данных.
Но сразу возникает вопрос, как-же определить для какой мощности брать значение B m если мощность еще не известна? Все просто, для грубой оценки нужно умножить площадь железа на 1,3 и возвести в квадрат, (10,125см 2 *1,3) 2 =173,25Вт, что близко к строке в таблице для 200 Вт.
По таблице находим величину B m для сердечника типа ПЛ = 1,5 Тл. На практике, если пересчитать любой заводской трансформатор, эта величина берется немного больше, примерно на 10. 15%, для экономии железа. Можно так и поступить, просто прибавить к табличному значению еще 10%. В итоге величина индукции получается 1,5+10% = 1,65Тл
Габаритная мощность железа
(10,125*1,65) 2 = 279,1 Вт .
Число витков на вольт
W’=50/S c *B m , где S c — площадь железа, с учетом коеффициента Кст , для данного трансформатора Кст =0,9.
Число витков на вольт, 50/10,125*1,65= 2,99 вит/в .
Теперь можно расчитать первичку на 220в, с запасом по напряжению как обычно до 250в. Чтобы железо не вошло в насыщение при напряжении 240. 250в.
Расчет чила витков первички
W 1 =W’*U 1 =250*2,99= 748 витков .
Трансформатор конструкции ПЛ, значит на каждую из двух катушек необходимо намотать половину витков, и затем соединить обмотки последовательно, соблюдая фазировку .
Расчет диаметра провода обмоток
Обычно берется в расчет медный провод. Значение плотности тока, J , А/мм 2 в таблице 1 , указано для обмоток из медного провода. Если предполагается мотать обмотки алюминиевым проводом, то плотность тока необходимо уменьшить на 38%, или что то-же самое — в 1,6 раза. Потому что у алюминия большее удельное сопротивление по сравнению с медью. Для алюминия удельное сопротивление 0,0283 Ом*мм 2 /м, для меди 0,0175 Ом*мм 2 /м (пишут по разному, в пределах 0,0172. 0,0178 Ом*мм 2 /м).
Таблица 2
Максимальный ток потребляемый первичной обмоткой
I 1 =P габ /U 1 , 279,1/220 = 1,268 А . (Обмотка намотана на 250в, но в расчет берется ее рабочее напряжение, в данном случае 220в. Можно 230в, зависит от качества сети).
Теперь зная ток в обмотке, и материал провода обмотки, можно определить необходимый диаметр провода.
Диаметр провода обмоток определяется по формуле
Плотность тока в обмотке, J , найденная в таблице 1 , = 2,9 А/мм 2 . Диаметр медного провода — 0,747мм , без изоляции.
Можно уточнить по таблице 3 ближайший стандартный диаметр провода, узнать диаметр провода с изоляцией.
Таблица 3
По таблице 3 , уточняем диаметр провода с изоляцией до 0,74мм.
Длина провода первички
L 1 =W 1 [2(a+c)+3,14*b]10 -2 = 748[2(2,5+4,5)+3,14*4]10 -2 = 199м
Если трансформатор будет работать при полной нагрузке то желательно учесть падение напряжения в первичной обмотке из-за ее внутреннего сопротивления, в данном случае оно будет около 8 Ом.
Падение напряжения в первичной обмотке
U 1 пад =2,25*10 -2 *I 1 *L 1 /d 2 = 2,25*10 -2 *1,268*199/0,74 2 = 10,3в
Точное число витков первичной обмотки
W 1 точн =(U 1 -U 1 пад )W’ = (220-10,3)*2,99= 627 вит
Если требуется минимальный ток холостого хода, когда трансформатор работает без нагрузки и в первичке практически нет просадки напряжения, можно не учитывать падение напряжения в первичке и мотать первичку на 748 вит.
Вес провода первички
По таблице 3 , найдем вес 100м провода 0,74мм (0,80мм с изол) = 390 грамм.
(199*390)10 -2 = 776 грамм
Теперь вторичка
Допустим напряжение вторички будет 15в.
Мощность вторички , учитывая КПД трансформатора, найденный по таблице 1 = 0,94
P 2 =P габ *кпд = 279,1*0,94= 262 Вт .
Ток вторички
I 2 =P 2 /U 2 = 262/15= 17,5а
Сечение или диаметр провода вторички
S 2 =I 2 /J = 17,5/2,9= 6 мм 2 , в пересчете на диаметр — 2,77мм. Можно мотать сразу в несколько проводов, если мотать в 4 провода одновременно, то диаметр проводов нужен 1,38мм, ближайший по таблице диаметр — 1,4мм (1,48мм с изол).
Количество витков вторички
W 2 =W 1 точн (U 2 /U 1 ) = 627(15/220) = 42,75вит. Можно округлить до 44 вит, чтобы на каждой из двух катушек трансформатора намотать по 22 витка.
Вес вторички (или всех вторичек) должен быть таким-же как и вес первички.
Проверяем размещение обмоток с учетом коэффициента Км приведенного в Таблице 1.
(все размеры в см)
где, Км — коэффициент заполнения окна медью, Q o — площадь окна трансформатора в котором размещаются обмотки. Для Ш , ШЛ , П , ПЛ типов, находится простым перемножением ширины и высоты окна, Q o =b*h , а для тороидов площадь окна считается по формуле S o =3,14d 2 /4 .
Подставляя значения в формулу, диаметр провода первички и вторички 0,8мм и 3мм (с изоляцией), число витков 627вит и 44вит и площадь окна 40см 2 — находим значение Км=0,16.
На первый взгляд, результат намного меньше чем указано в Таблице 1 , но это получилось из-за больших размеров окна железа, расчитанного на алюминиевые обмотки. Поэтому медная обмотка будет свободно размещаться.
Если брать железо предназначенное для медных обмоток, то найденный коэффициент не должен превысить того что в таблице, чтобы расчитанная обмотка вся поместилась в окне трансформатора. При меньшем значении, можно увеличить диаметр проводов, как в этом случае (можно пересчитать диаметры на алюминий), или наоборот, уменьшить диаметры проводов при завышенном результате расчета Км.
В расчете я принял что во вторичке провод круглого сечения, из-за особенности формулы. Если мотать шиной того-же сечения — результат Км будет тот-же.
Диаметр провода в расчет желательно брать с изоляцией.
Для работы трансформатора при кратковременной перегрузке, нужно учитывать периодичность включения, ПВ %
Для зарядно-пусковых можно брать ПВ=10. 20%, для сварочников ПВ 40. 60%. Таким образом, можно применить железо на меньшую мощность по сравнению с мощностью нагрузки.
Величина перегрузки в зависимости от ПВ считается так:
квадратный корень из 100/ПВ %.
Если например, нужно во вторичке сварочника получить 3кВт, при ПВ 60% то понадобится трансформатор с габаритной мощностью 2,3кВт. Для зарадно пускового с ПВ 20%, при мощности на вторичке 1,5кВт, мощность трансформатора понадобится 0,7 кВт. Но учитывая повышенные потери в сопротивлении обмоток, при большем токе, то габаритная мощность железа, понадобится на 10% больше.
ПВ 20% — 1 минута под нагрузкой, 4 минуты х.х.
Еще по перегрузкам трансформаторов
Допускается перегрузка трансформатора 30% — 2 ч, 60% — 45 мин, 75% — 20 мин, 100% — 10,5 мин, 200% — 1 мин.
О расчете трансформаторов: толщина обмотки и сечения сердечника, сопротивление
Если посмотреть на трансформатор с внешней стороны, то это Ш-образное устройство, состоящее из металлического сердечника, картонного или пластикового каркаса и обмотки из медной проволоки. Обмоток две.
Сердечник – это несколько стальных пластин, которые обработаны специальным лаком и соединены между собой. Лак наносится специально, чтобы между пластинами не проходило напряжение. Таким способом борются с так называемыми вихревыми токами (токами Фуко). Все дело в том, что токи Фуко просто будут нагревать сам сердечник. А это потери.
Именно с потерями связан и состав пластин сердечника. Трансформаторное железо (так чаще всего называют сталь для сердечника специалисты), если посмотреть ее в разрезе, состоит из больших кристаллов, которые, в свою очередь, изолированы друг от друга окисной пленкой.
Обмотки трансформатора
Эти самые катушки с проводом в трансформаторе называются обмотками. В основном обмотки состоят из медного лакированного провода. Такой провод находится в лаковой изоляции, поэтому, провод в обмотке не коротит друг с другом. Выглядит такой обмоточный трансформаторный провод примерно вот так.
Он может быть разного диаметра. Все зависит от того, на какую нагрузку рассчитан тот или иной трансформатор.
У самого простого однофазного трансформатора можно увидеть две такие обмотки.
Обмотка, на которую подают напряжение называется первичной. В народе ее еще называют “первичка”. Обмотка, с которой уже снимают напряжение называется вторичной или “вторичка”.
Для того, чтобы узнать, где первичная обмотка, а где вторичная, достаточно посмотреть на шильдик трансформатора.
I/P: 220М50Hz (RED-RED) – это говорит нам о том, что два красных провода – это первичная обмотка трансформатора, на которую мы подаем сетевое напряжение 220 Вольт. Почему я думаю, что это первичка? I/P – значит InPut, что в переводе “входной”.
O/P: 12V 0,4A (BLACK, BLACK) – вторичная обмотка трансформатора с выходным напряжением в 12 Вольт (OutPut). Максимальная сила тока, которую может выдать в нагрузку этот трансформатор – это 0,4 Ампера или 400 мА.
Принцип работы устройства
Трансформатор — это электротехническое устройство, предназначенное для передачи энергии без изменения её формы и частоты. Используя в своей работе явление электромагнитной индукции, устройство применяется для преобразования переменного сигнала или создания гальванической развязки. Каждый трансформатор собирается из следующих конструктивных элементов:
- сердечника;
- обмотки;
- каркаса для расположения обмоток;
- изолятора;
- дополнительных элементов, обеспечивающих жёсткость устройства.
В основе принципа действия любого трансформаторного устройства лежит эффект возникновения магнитного поля вокруг проводника с текущим по нему электрическим током. Такое поле также возникает вокруг магнитов. Током называется направленный поток электронов или ионов (зарядов). Взяв проволочный проводник и намотав его на катушку и подключив к его концам прибор для измерения потенциала можно наблюдать всплеск амплитуды напряжения при помещении катушки в магнитное поле. Это говорит о том, что при воздействии магнитного поля на катушку с намотанным проводником получается источник энергии или её преобразователь.
В устройстве трансформатора такая катушка называется первичной или сетевой. Она предназначена для создания магнитного поля. Стоит отметить, что такое поле обязательно должно всё время изменяться по направлению и величине, то есть быть переменным.
Классический трансформатор состоит из двух катушек и магнитопровода, соединяющего их. При подаче переменного сигнала на контакты первичной катушки возникающий магнитный поток через магнитопровод (сердечник) передаётся на вторую катушку. Таким образом, катушки связаны силовыми магнитными линиями. Согласно правилу электромагнитной индукции при изменении магнитного поля в катушке индуктируется переменная электродвижущая сила (ЭДС). Поэтому в первичной катушки возникает ЭДС самоиндукции, а во вторичной ЭДС взаимоиндукции.
Количество витков на обмотках определяет амплитуду сигнала, а диаметр провода наибольшую силу тока. При равенстве витков на катушках уровень входного сигнала будет равен выходному. В случае когда вторичная катушка имеет в три раза больше витков, амплитуда выходного сигнала будет в три раза больше, чем входного — и наоборот.
От сечения провода, используемого в трансформаторе, зависит нагрев всего устройства. Правильно подобрать сечение возможно, воспользовавшись специальными таблицами из справочников, но проще использовать трансформаторный онлайн-калькулятор.
Отношение общего магнитного потока к потоку одной катушки устанавливает силу магнитной связи. Для её увеличения обмотки катушек размещаются на замкнутом магнитопроводе. Изготавливается он из материалов имеющих хорошую электромагнитную проводимость, например, феррит, альсифер, карбонильное железо. Таким образом, в трансформаторе возникают три цепи: электрическая — образуемая протеканием тока в первичной катушке, электромагнитная — образующая магнитный поток, и вторая электрическая — связанная с появлением тока во вторичной катушке при подключении к ней нагрузки.
Правильная работа трансформатора зависит и от частоты сигнала. Чем она больше, тем меньше возникает потерь во время передачи энергии. А это означает, что от её значения зависят размеры магнитопровода: чем частота больше, тем размеры устройства меньше. На этом принципе и построены импульсные преобразователи, изготовление которых связано с трудностями разработки, поэтому часто используется калькулятор для расчёта трансформатора по сечению сердечника, помогающий избавиться от ошибок ручного расчёта.
Назначение и функциональность
Итак, какие функции выполняет трансформатор?
- Это снижение напряжения до необходимых параметров.
- С его помощью снижается гальваническая развязка сети.
Что касается второй функции, то необходимо дать пояснения. Обе обмотки (первичная и вторичная) трансформатора тока между собой напрямую не соединены. Значит, сопротивление прибора, по сути, должно быть бесконечным. Правда, это идеальный вариант. Соединение же обмоток происходит через магнитное поле, создаваемой первичной обмоткой. Вот такой непростой функционал.
Как измерить диаметр провода
Если у Вас дома завалялся микрометр, то можно им замерить диаметр провода.
Провод сначала лучше прогреть на пламени спички и лишь потом скальпелем удалить ослабленную изоляцию. Если этого не сделать, то вместе с изоляцией можно удалить и часть меди, что снизит точность измерения особенно для тонкого провода.
Если микрометра нет, то можно воспользоваться обыкновенной линейкой. Нужно намотать на жало отвёртки или на другую подходящую ось 100 витков провода, сжать витки ногтем и приложить полученный набор к линейке. Разделив полученный результат на 100, получим диаметр провода с изоляцией. Узнать диметр провода по меди можно из таблицы приведённой ниже.
Я намотал 100 витков провода и получил длину набора –39 мм.
39 / 100 = 0,39 мм
По таблице определяю диметр провода по меди – 0,35мм.
Таблица данных обмоточных проводов
| Диаметр без изоляции, мм | Сечение меди, мм² | Сопротив-ление 1м при 20ºС, Ом | Допустимая нагрузка при плотности тока 2А/мм² | Диаметр с изоляцией, мм | Вес 100м с изоляцией, гр |
| 0,03 | 0,0007 | 24,704 | 0,0014 | 0,045 | 0,8 |
| 0,04 | 0,0013 | 13,92 | 0,0026 | 0,055 | 1,3 |
| 0,05 | 0,002 | 9,29 | 0,004 | 0,065 | 1,9 |
| 0,06 | 0,0028 | 6,44 | 0,0057 | 0,075 | 2,7 |
| 0,07 | 0,0039 | 4,73 | 0,0077 | 0,085 | 3,6 |
| 0,08 | 0,005 | 3,63 | 0,0101 | 0,095 | 4,7 |
| 0,09 | 0,0064 | 2,86 | 0,0127 | 0,105 | 5,9 |
| 0,1 | 0,0079 | 2,23 | 0,0157 | 0,12 | 7,3 |
| 0,11 | 0,0095 | 1,85 | 0,019 | 0,13 | 8,8 |
| 0,12 | 0,0113 | 1,55 | 0,0226 | 0,14 | 10,4 |
| 0,13 | 0,0133 | 1,32 | 0,0266 | 0,15 | 12,2 |
| 0,14 | 0,0154 | 1,14 | 0,0308 | 0,16 | 14,1 |
| 0,15 | 0,0177 | 0,99 | 0,0354 | 0,17 | 16,2 |
| 0,16 | 0,0201 | 0,873 | 0,0402 | 0,18 | 18,4 |
| 0,17 | 0,0227 | 0,773 | 0,0454 | 0,19 | 20,8 |
| 0,18 | 0,0255 | 0,688 | 0,051 | 0,2 | 23,3 |
| 0,19 | 0,0284 | 0,618 | 0,0568 | 0,21 | 25,9 |
| 0,2 | 0,0314 | 0,558 | 0,0628 | 0,225 | 28,7 |
| 0,21 | 0,0346 | 0,507 | 0,0692 | 0,235 | 31,6 |
| 0,23 | 0,0416 | 0,423 | 0,0832 | 0,255 | 37,8 |
| 0,25 | 0,0491 | 0,357 | 0,0982 | 0,275 | 44,6 |
| 0,27 | 0,0573 | 0,306 | 0,115 | 0,31 | 52,2 |
| 0,29 | 0,0661 | 0,2бб | 0,132 | 0,33 | 60,1 |
| 0,31 | 0,0755 | 0,233 | 0,151 | 0,35 | 68,9 |
| 0,33 | 0,0855 | 0,205 | 0,171 | 0,37 | 78 |
| 0,35 | 0,0962 | 0,182 | 0,192 | 0,39 | 87,6 |
| 0,38 | 0,1134 | 0,155 | 0,226 | 0,42 | 103 |
| 0,41 | 0,132 | 0,133 | 0,264 | 0,45 | 120 |
| 0,44 | 0,1521 | 0,115 | 0,304 | 0,49 | 138 |
| 0,47 | 0,1735 | 0,101 | 0,346 | 0,52 | 157 |
| 0,49 | 0,1885 | 0,0931 | 0,378 | 0,54 | 171 |
| 0,51 | 0,2043 | 0,0859 | 0,408 | 0,56 | 185 |
| 0,53 | 0,2206 | 0,0795 | 0,441 | 0,58 | 200 |
| 0,55 | 0,2376 | 0,0737 | 0,476 | 0,6 | 216 |
| 0,57 | 0,2552 | 0,0687 | 0,51 | 0,62 | 230 |
| 0,59 | 0,2734 | 0,0641 | 0,547 | 0,64 | 248 |
| 0,62 | 0,3019 | 0,058 | 0,604 | 0,67 | 273 |
| 0,64 | 0,3217 | 0,0545 | 0,644 | 0,69 | 291 |
| 0,67 | 0,3526 | 0,0497 | 0,705 | 0,72 | 319 |
| 0,69 | 0,3739 | 0,0469 | 0,748 | 0,74 | 338 |
| 0,72 | 0,4072 | 0,043 | 0,814 | 0,78 | 367 |
| 0,74 | 0,4301 | 0,0407 | 0,86 | 0,8 | 390 |
| 0,77 | 0,4657 | 0,0376 | 0,93 | 0,83 | 421 |
| 0,8 | 0,5027 | 0,0348 | 1,005 | 0,86 | 455 |
| 0,83 | 0,5411 | 0,0324 | 1,082 | 0,89 | 489 |
| 0.86 | 0,5809 | 0,0301 | 1,16 | 0,92 | 525 |
| 0,9 | 0,6362 | 0,0275 | 1,27 | 0,96 | 574 |
| 0,93 | 0,6793 | 0,0258 | 1,36 | 0,99 | 613 |
| 0,96 | 0,7238 | 0,0242 | 1,45 | 1,02 | 653 |
| 1 | 0,7854 | 0,0224 | 1,57 | 1,07 | 710 |
| 1,04 | 0,8495 | 0,0206 | 1,7 | 1,12 | 764 |
| 1,08 | 0,9161 | 0,0191 | 1,83 | 1,16 | 827 |
| 1,12 | 0,9852 | 0,0178 | 1,97 | 1,2 | 886 |
| 1,16 | 1,057 | 0,0166 | 2,114 | 1,24 | 953 |
| 1,2 | 1,131 | 0,0155 | 2,26 | 1,28 | 1020 |
| 1,25 | 1,227 | 0,0143 | 2,45 | 1,33 | 1110 |
| 1,3 | 1,327 | 0,0132 | 2,654 | 1,38 | 1190 |
| 1,35 | 1,431 | 0,0123 | 2,86 | 1,43 | 1290 |
| 1,4 | 1,539 | 0,0113 | 3,078 | 1,48 | 1390 |
| 1,45 | 1,651 | 0,0106 | 3,3 | 1,53 | 1490 |
| 1,5 | 1,767 | 0,0098 | 3,534 | 1,58 | 1590 |
| 1,56 | 1,911 | 0,0092 | 3,822 | 1,64 | 1720 |
| 1,62 | 2,061 | 0,0085 | 4,122 | 1,71 | 1850 |
| 1,68 | 2,217 | 0,0079 | 4,433 | 1,77 | 1990 |
| 1,74 | 2,378 | 0,0074 | 4,756 | 1,83 | 2140 |
| 1,81 | 2,573 | 0,0068 | 5,146 | 1,9 | 2310 |
| 1,88 | 2,777 | 0,0063 | 5,555 | 1,97 | 2490 |
| 1,95 | 2,987 | 0,0059 | 5,98 | 2,04 | 2680 |
| 2,02 | 3,205 | 0,0055 | 6,409 | 2,12 | 2890 |
| 2,1 | 3,464 | 0,0051 | 6,92 | 2,2 | 3110 |
| 2,26 | 4,012 | 0,0044 | 8,023 | 2,36 | 3620 |
| 2,44 | 4,676 | 0,0037 | 9,352 | 2,54 | 4220 |
Виды сердечников
Трансформаторы отличаются между собой не только сферой применения, техническими характеристиками и размерам, но и типом магнитопровода. Очень важным параметром, влияющим на величину магнитного поля, кроме отношения витков, является размер сердечника. От его значения зависит способность насыщения. Эффект насыщения наступает тогда, когда при увеличении тока в катушке величина магнитного потока остаётся неизменной, т. е. мощность не изменяется.
Для предотвращения возникновения эффекта насыщения понадобится правильно рассчитать объём и сечение сердечника, от размеров которого зависит мощность трансформатора. Следовательно, чем больше мощность трансформатора, тем большим должен быть его сердечник.
По конструкции сердечник разделяют на три основных вида:
- стержневой;
- броневой;
- тороидальный.
Стержневой магнитопровод представляет собой П-образный или Ш-образный вид конструкции. Собирается из стержней, стягивающихся ярмом. Для защиты катушек от влияния внешних электромагнитных сил используются броневые магнитопроводы. Их ярмо располагается на внешней стороне и закрывает стержень с катушкой. Тороидальный вид изготавливается из металлических лент. Такие сердечники из-за своей кольцевой конструкции экономически наиболее выгодны.
Зная форму сердечника, несложно рассчитать мощность трансформатора. Находится она по несложной формуле: P=(S/K)*(S/K), где:
- S — площадь сечения сердечника.
- K — постоянный коэффициент равный 1,33.
Площадь сердечника находится в зависимости от его вида, её единица измерения — сантиметр в квадрате. Полученный результат измеряется в ваттах. Но на практике часто приходится выполнять расчёт сечения сердечника по необходимой мощности трансформатора: Sс = 1.2√P, см2. Исходя из формул можно подтвердить вывод: что чем больше мощность изделия, тем габаритней используется сердечник.
Программы для расчета
Известно много программ, которые предлагают онлайн расчет параметров любого трансформатора на броневом или стержневом сердечнике. Одной из таких может стать сервис на сайте «skrutka». Для определения характеристик потребуется указать ряд следующих данных:
- входное напряжение — U1;
- выходное напряжение — U2;
- ширину пластины — а;
- толщину стопки — b ;
- частоту сети — Гц;
- габаритная мощность — В*А;
- КПД;
- магнитную индуктивность магнитопровода — Тл;
- плотность тока в обмотках — А/мм кв.
Последние 4 величины являются табличными, поэтому потребуется воспользоваться справочником.
Необходимо грамотно и ответственно отнестись к расчету параметров трансформатора, потому что от качества выполненной работы будет зависеть и качество функционирования вашего блока питания. Не всегда стоит надеяться на программы, в них могут быть ошибки. Выберите один или несколько параметров и пересчитайте их вручную по ранее приведенным формулам. Если получится примерно равное значение, то результат можно считать правильным.
Расчет трансформатора онлайн
Существует формула расчета трансформатора, которая помогает совершить расчет трансформатора питания. Чтобы упростить себе жизнь и избежать ошибок в вычислениях, вы можете воспользоваться данной программой. Она позволит вам конструировать трансформаторы на различные напряжения и мощности очень быстро и без проблем. Это очень удобный калькулятор для радиолюбителей и профессионалов. Он поможет не только рассчитать трансформатор, но и поможет изучить его устройство, как всё работает. Это самый простой и быстрый способ всё рассчитать. Для этого нужно заполнить все известные вам данные и нажать кнопку. Получается вам нужно нажать одну кнопку, чтобы произвести расчет трансформатора!
Преимущества онлайн калькулятора
В результате расчета трансформатора онлайн, на выходе получаются параметры в виде мощности, силы тока в амперах, количества витков и диаметра провода в первичной и вторичной обмотке.
Существуют формулы, позволяющие быстро выполнить расчеты трансформатора. Однако они не дают полной гарантии от ошибок при проведении вычислений. Чтобы избежать подобных неприятностей, применяется программа онлайн калькулятора.
Полученные результаты позволяют выполнять конструирование трансформаторов для различных мощностей и напряжений. С помощью калькулятора осуществляются не только расчеты трансформатора. Появляется возможность для изучения его устройства и основных функций.
Запрошенные данные вставляются в таблицу и остается только нажать нужную кнопку.
Благодаря онлайн калькулятору не требуется проводить каких-либо самостоятельных подсчетов. Полученные результаты позволяют выполнять перемотку трансформатора своими руками.
Большинство необходимых расчетов осуществляется в соответствии с размерами сердечника. Калькулятор максимально упрощает и ускоряет все вычисления.
Необходимые пояснения можно получить из инструкции и в дальнейшем четко следовать их указаниям.
Конструкция трансформаторных магнитопроводов представлена тремя основными вариантами – броневым, стержневым и тороидальным. Прочие модификации встречаются значительно реже. Для расчета каждого вида требуются исходные данные в виде частоты, входного и выходного напряжения, выходного тока и размеров каждого магнитопровода.
Типовой расчёт параметров
Довольно часто радиолюбители используют при расчёте трансформатора упрощённую методику. Она позволяет выполнить расчёт в домашних условиях без использования величин, которые трудно узнать. Но проще использовать готовый для расчёта трансформатора онлайн-калькулятор. Для того чтобы воспользоваться таким калькулятором, понадобится знать некоторые данные, а именно:
- напряжение первичной и вторичной обмотки;
- габаритны сердечника;
- толщину пластины.
После их ввода понадобится нажать кнопку «Рассчитать» или похожую по названию и дождаться результата.
Стержневой тип магнитопровода
В случае отсутствия возможности расчёта на калькуляторе выполнить такую операцию самостоятельно несложно и вручную. Для этого потребуется определиться с напряжением на выходе вторичной обмотки U2 и требуемой мощностью Po. Расчёт происходит следующим образом:
После того как первый этап выполнен, приступают к следующей стадии расчёта. Число витков в первичной обмотке находится по формуле: K1 = 50*U1/S. А число витков вторичной обмотке определяется выражением K2= 55* U2/S, где:
- U1 — напряжение первичной обмотке, В.
- S — площадь сердечника, см².
- K1, K2 — число витков в обмотках, шт.
Остаётся вычислить диаметр наматываемой проволоки. Он равен D = 0,632*√ I, где:
- d — диаметр провода, мм.
- I — обмоточный ток рассчитываемой катушки, А.
Читайте также: Электросварка электродами для начинающих: как правильно варить
При подборе магнитопровода следует соблюдать соотношение 1 к 2 ширины сердечника к его толщине. По окончании расчёта выполняется проверка заполняемости, т. е. поместится ли обмотка на каркас. Для этого площадь окна вычисляется по формуле: Sо = 50*Pт, мм2.
Расчет сетевого трансформатора
- Если у Вас есть некий трансформаторный сердечник, из которого нужно сделать трансформатор, то необходимо замерить сердечник (как показано на рисунке), а так же замерить толщину пластины или ленты.
- Первым делом необходимо рассчитать площадь сечения сердечника — Sc (см²) и площадь поперечного сечения окна — Sо (см²).
- Для тороидального трансформатора:
- Sc= H * (D – d)/2
- S0= π * d2/ 4
Для Ш и П — образного сердечника:
Определим габаритную мощность нашего сердечника на частоте 50 Гц:
- η — КПД трансформатора,
- Sc — площадь поперечного сечения сердечника, см2,
- So — площадь поперечного сечения окна, см2,
- f — рабочая частота трансформатора, Гц,
- B — магнитная индукция, T,
- j — плотность тока в проводе обмоток, A/мм2,
- Km — коэффициент заполнения окна сердечника медью,
- Kc — коэффициент заполнения сечения сердечника сталью.
При расчете трансформатора необходимо учитывать, что габаритная мощность трансформатора должна быть больше расчетной электрической мощности вторичных обмоток.
Исходными начальными данными для упрощенного расчета являются:
- напряжение первичной обмотки U1
- напряжение вторичной обмотки U2
- ток вторичной обмотки l2
- мощность вторичной обмотки Р2 =I2 * U2 = Рвых
- площадь поперечного сечения сердечника Sc
- площадь поперечного сечения окна So
- рабочая частота трансформатора f = 50 Гц
КПД (η) трансформатора можно взять из таблицы, при условии что Рвых = I2 * U2 (где I2 ток во вторичной обмотке, U2 напряжение вторичной обмотки), если в трансформаторе несколько вторичных обмоток, что считают Pвых каждой и затем их складывают.
B — магнитная индукция выбирается из таблицы, в зависимости от конструкции магнитопровода и Pвых.
j — плотность тока в проводе обмоток , так же выбирается в зависимости от конструкции магнитопровода и Pвых.
Km — коэффициент заполнения окна сердечника медью
Kc — коэффициент заполнения сечения сердечника сталью
Коэффициенты заполнения для пластинчатых сердечников указаны в скобках при изоляции пластин лаком или фосфатной пленкой.
При первоначальном расчете необходимо соблюдать условие —Pгаб ≥ Pвых, если это условие не выполняется то при расчете уменьшите ток или напряжение вторичной обмотки.
После того как Вы определились с габаритной мощностью трансформатора, можно приступить к расчету напряжения одного витка:
- где Sc — площадь поперечного сечения сердечника, f — рабочая частота (50 Гц), B — магнитная индукция выбирается из таблицы, в зависимости от конструкции магнитопровода и Pвых.
- Теперь определяем число витков первичной обмотки:
- w1=U1/u1
- где U1 напряжение первичной обмотки, u1 — напряжение одного витка.
- Число витков каждой из вторичных обмоток находим из простой пропорции:
- где w1 — кол-во витков первичной обмотки, U1 напряжение первичной обмотки, U2 напряжение вторичной обмотки.
- Определим мощность потребляемую трансформатором от сети с учетом потерь:
- Р1 = Рвых / η
- где η — КПД трансформатора.
- Определяем величину тока в первичной обмотке трансформатора:
- I1 = P1/U1
- Определяем диаметры проводов обмоток трансформатора:
- d = 0,632*√ I
- где d — диаметр провода, мм, I — ток обмотки, А (для первичной и вторичной обмотки).
Расчёт трехфазного трансформатора
Изготовление трехфазного трансформатора и его точный расчёт процесс более сложный, так как здесь первичная и вторичная обмотка состоят уже из трёх катушек. Это разновидность силового трансформатора, магнитопровод которого выполнен чаще всего стержневым способом. Здесь уже появляются такие понятие, как фазные и линейные напряжения. Линейные измеряются между двумя фазами, а фазные между фазой и землёй. Если трансформатор трехфазный рассчитан на 0,4 кВ, то линейное напряжение будет 380В, а фазное 220 В. Обмотки могут быть соединены в звезду или треугольник, что даёт разные величины токов и напряжений.
Обмотки трехфазного трансформатора расположены на стержнях так же, как и в однофазном, т. е. обмотки низшего напряжения НН размещаются ближе к стержню, а обмотки высшего напряжения ВН — на обмотках низшего напряжения.
Высоковольтные трансформаторы трёхфазного тока рассчитываются и изготавливаются исключительно в промышленных условиях. Кстати, любой понижающий трансформатор при обратном включении, выполняет роль повышающего напряжение устройства.
Расчет броневого трансформатора
Распространен вид трансформаторов, используемый практически во всех устройствах от зарядных аппаратов для шуруповертов, заканчивая боками питания магнитофонов. В процессе эксплуатации всех этих устройств часто возникают поломки в питателе, связанные со сгоревшим намоточным изделием. Тогда для его восстановления потребуется перемотка, но это проблемы не решает.
Часто требуется увеличить мощность источника, тогда как рассчитать трансформатор, чтобы его железо не перегревалось? Потребуется выбрать железо больших размеров и использовать более толстый провод. Такой ход поможет сохранить работоспособность устройства и даже улучшить характеристики, сделав его стабильнее и устойчивее при скачках напряжений в сети.
К сожалению, не все производители учитывают этот фактор, а ведь наша сеть неустойчива и регулярно в ней наблюдаются помехи в виде высоковольтных игольчатых импульсов. Также возникают ситуации, когда наблюдается просадка сети до 170 В, что характерно в зимний период. Тогда необходимо предусмотреть запас по напряжению как минимум на 40−45%, увеличив мощность и компенсационного стабилизатора. Часто такие ситуации наблюдаются в частном секторе.
Вернемся к расчету Ш-образного трансформатора на ШП-сердечнике. Принцип будет одинаков и с сердечником типа ПЛ при условии размещения обмотки на средней части. Для чего потребуется выполнить следующие шаги:
- Определить площадь поперечного сечения средней части сердечника. Она выражается буквой S сеч. и находится из произведения ее сторон. Взяв линейку, измеряем параметры сечения, перемножаем и получаем значение в квадратных сантиметрах.
- На следующем этапе решается вопрос, как рассчитать мощность трансформатора. Это расчетная величина, которую можно определить, возведя S сеч. в квадрат. Значение будет измеряться в Вт и обозначаться буквой «P».
- При расчете мощности сердечника необходимо учитывать тип использованных пластин. Например, если были применены для набора Ш-20, то общая толщина сердечника должна быть 30 мм при мощности в 36 Вт. Если для трансформатора были использованы пластины Ш-30, то толщина набора будет достаточно в 20 мм, а при использовании Ш-24 — 25 мм. Существуют справочные таблицы, в которых можно найти мощность трансформатора по сечению магнитопровода для конкретной ситуации. Для обеспечения наилучшей стабильности работы источников питания следует использовать железо с избытком мощности как минимум на 25%. То есть, если ранее была расчетная мощность равна 6 Вт, то для надежности работы и исключения насыщения сердечника следует брать в расчет как минимум 8 Вт. Это обязательное условие. Если использовать магнитопровод с меньшей площадью сечения сердечника, то трансформатор быстро выйдет из строя, потому что железо окажется в насыщении, что приведет к увеличению токов в обмотках.
- На следующем этапе необходимо определиться с количеством обмоток. Для современных транзисторных устройств достаточно будет всего одной или сдвоенной со средней точкой. Поэтому рассмотрим пример расчета именно такого трансформатора. Для этого потребуется воспользоваться понятием «вольт на виток». Значение определяется следующим образом: W /В=(50÷70) / S сеч. Формула справедлива только для сердечников типа ШП и П. Л. При расчете первичной и вторичной обмоток потребуется взять произведение полученного отношения и входного напряжения: W1 = W / B∙U1, W2 = 1,2 ∙ W /B∙U2.
- Выполняется расчет и выбор диаметра провода. Он выбирается исходя из хорошего теплоотвода и изоляции, для чего рекомендуется применять ПЭЛ или ПЭВ, покрытые лаком. Определить его размер можно по формуле: d =0,7∙√ I. Величина выражается в мм. Провод выбирается с небольшим запасом до 4−6%.
Все программы расчета трансформаторов позволяют находить параметры изделий в любом порядке. Они используют стандартные алгоритмы, по которым выводятся значения. При необходимости можно создать собственный калькулятор с помощью таблиц Excel. Подобным образом работает и калькулятор расчета трансформатора на стержневом сердечнике.
Расчет трансформатора: онлайн калькулятор или дедовский метод для дома — выбери сам
Ремонт современных электрических приборов и изготовление самодельных конструкций часто связаны с блоками питания, пускозарядными и другими устройствами, использующими трансформаторное преобразование энергии. Их состояние надо уметь анализировать и оценивать.
Считаю, что вам поможет выполнить расчет трансформатора онлайн калькулятор, работающий по подготовленному алгоритму, или старый проверенный дедовский метод с формулами, требующий вдумчивого отношения. Испытайте оба способа, используйте лучший.
Сразу заостряю ваше внимание на том вопросе, что приводимые методики не способны точно учесть магнитные свойства сердечника, который может быть выполнен из разных сортов электротехнических стали.
Поэтому реальные электрические характеристики собранного трансформатора могут отличаться на сколько-то вольт или число ампер от полученного расчетного значения. На практике это обычно не критично, но, всегда может быть откорректировано изменением числа количества в одной из обмоток.
Поперечное сечение магнитопровода передает первичную энергию магнитным потоком во вторичную обмотку. Обладая определенным магнитным сопротивлением, оно ограничивает процесс трансформации.
От формы, материала и сечения сердечника зависит мощность, которую можно преобразовывать и нормально передавать во вторичную цепь.
Как пользоваться онлайн калькулятором для расчета трансформатора пошагово
Подготовка исходных данных за 6 простых шагов
Шаг №1. Указание формы сердечника и его поперечного сечения
Лучшим распределением магнитного потока обладают сердечники, набранные из Ш-образных пластин. Кольцевая форма из П-образных составляющих деталей обладает большим сопротивлением.
Для проведения расчета надо указать форму сердечника по виду пластины (кликом по точке) и его измеренные линейные размеры:
- Ширину пластины под катушкой с обмоткой.
- Толщину набранного пакета.
Вставьте эти данные в соответствующие ячейки таблицы.
Шаг №2. Выбор напряжений
Трансформатор создается как повышающей, понижающей (что в принципе обратимо) или разделительной конструкцией. В любом случае вам необходимо указать, какие напряжения вам нужны на его первичной и вторичной обмотке в вольтах.
Заполните указанные ячейки.
Шаг №3. Частота сигнала переменного тока
По умолчанию выставлена стандартная величина бытовой сети 50 герц. При необходимости ее нужно изменить на требуемую по другому расчету. Но, для высокочастотных трансформаторов, используемых в импульсных блоках питания, эта методика не предназначена.
Их создают из других материалов сердечника и рассчитывают иными способами.
Шаг №4. Коэффициент полезного действия
У обычных моделей сухих трансформаторов КПД зависит от приложенной электрической мощности и вычисляется усредненным значением.
Но, вы можете откорректировать его значение вручную.
Шаг №5. Магнитная индуктивность
Параметр определяет зависимость магнитного потока от геометрических размеров и формы проводника, по которому протекает ток.
По умолчанию для расчета трансформаторов принят усредненный параметр в 1,3 тесла. Его можно корректировать.
Шаг №6. Плотность тока
Термин используется для выбора провода обмотки по условиям эксплуатации. Среднее значение для меди принято 3,5 ампера на квадратный миллиметр поперечного сечения.
Для работы трансформатора в условиях повышенного нагрева его следует уменьшить. При принудительном охлаждении или пониженных нагрузках допустимо увеличить. Однако 3,5 А/мм кв вполне подходит для бытовых устройств.
Выполнение онлайн расчета трансформатора
После заполнения ячеек с исходными данными нажимаете на кнопку «Рассчитать». Программа автоматически обрабатывает введенные данные и показывает результаты расчета таблицей.
Как рассчитать силовой трансформатор по формулам за 5 этапов
Привожу упрощенную методику, которой пользуюсь уже несколько десятков лет для создания и проверки самодельных трансформаторных устройств из железа неизвестной марки по мощности нагрузки.
По ней мне практически всегда получалось намотать схему с первой попытки. Очень редко приходилось добавлять или уменьшать некоторое количество витков.
Этап №1. Как мощность сухого трансформатора влияет на форму и поперечное сечение магнитопровода
В основу расчета положено среднее соотношение коэффициента полезного действия ŋ, как отношение электрической мощности S2, преобразованной во вторичной обмотке к приложенной полной S1 в первичной.
Потери мощности во вторичной обмотке оценивают по статистической таблице.
| Мощность трансформатора, ватты | Коэффициент полезного действия ŋ |
| 15÷50 | 0,50÷0,80 |
| 50÷150 | 0,80÷0,90 |
| 150÷300 | 0,90÷0,93 |
| 300÷1000 | 0,93÷0,95 |
| >1000 | 0.95÷0,98 |
Электрическая мощность устройства определяется произведением номинального тока, протекающего по первичной обмотке в амперах, на напряжение бытовой проводки в вольтах.
Она преобразуется в магнитную энергию, протекающую по сердечнику, полноценно распределяясь в нем в зависимости от формы распределения потоков:
- для кольцевой фигуры из П-образных пластин площадь поперечного сечения под катушкой магнитопровода рассчитывается как Qc=√S1;
- у сердечника из Ш-образных пластин Qc=0,7√S1.
Этап №2. Особенности вычисления коэффициента трансформации и токов внутри обмоток
Силовой трансформатор создается для преобразования электрической энергии одной величины напряжения в другое, например, U1=220 вольт на входе и U2=24 V — на выходе.
Коэффициент трансформации в приведенном примере записывается как выражение 220/24 или дробь с первичной величиной напряжения в числителе, а вторичной — знаменателе. Он же позволяет определить соотношение числа витков между обмотками.
На первом этапе мы уже определили электрические мощности каждой обмотки. По ним и величине напряжения необходимо рассчитать силу электрического тока I=S/U внутри любой катушки.
Этап №3. Как вычислить диаметры медного провода для каждой обмотки
При определении поперечного сечения проводника катушки используется эмпирическое выражение, учитывающее, что плотность тока лежит в пределах 1,8÷3 ампера на квадратный миллиметр.
Величину тока в амперах для каждой обмотки мы определили на предыдущем шаге.
Теперь просто извлекаем из нее квадратный корень и умножаем на коэффициент 0,8. Полученное число записываем в миллиметрах. Это расчетный диаметр провода для катушки.
Он подобран с учетом выделения допустимого тепла из-за протекающего по нему тока. Если место в окне сердечника позволяет, то диаметр можно немного увеличить. Тогда эти обмотки будут лучше приспособлены к тепловым нагрузкам.
Когда даже при плотной намотке все витки провода не вмещаются в окне магнитопровода, то его поперечное сечение допустимо чуть уменьшить. Но, такой трансформатор следует использовать для кратковременной работы и последующего охлаждения.
Этап №4. Определение числа витков обмоток по характеристикам электротехнической стали: важные моменты
Вычисление основано на использовании магнитных свойств железа сердечника. Промышленные трансформаторы собираются из разных сортов электротехнической стали, подбираемые под конкретные условия работы. Они рассчитываются по сложным, индивидуальным алгоритмам.
Домашнему мастеру достаются магнитопроводы неизвестной марки, определить электротехнические характеристики которой ему практически не реально. Поэтому формулы учитывают усредненные параметры, которые не сложно откорректировать при наладке.
Для расчета вводится эмпирический коэффициент ω’. Он учитывает величину напряжения в вольтах, которое наводится в одном витке катушки и связан с поперечным сечением магнитопровода Qc (см кв).
В первичной обмотке число витков вычислим, как W1= ω’∙U1, а во вторичной — W2= ω’∙U2.
Этап №5. Учет свободного места внутри окна магнитопровода
На этом шаге требуется прикинуть: войдут ли все обмотки в свободное пространство окна сердечника с учетом габаритов катушки.
Для этого допускаем, что провод имеет сечение не круглое, а квадрата со стороной одного диаметра. Тогда при совершенно идеальной плотной укладке он займет площадь, равную произведению единичного сечения на количество витков.
Увеличиваем эту площадь процентов на 30, ибо так идеально намотать витки не получится. Это будет место внутри полостей катушки, а она еще займет определенное пространство.
Далее сравниваем полученные площади для катушек каждой обмотки с окном магнитопровода и делаем выводы.
Второй способ оценки — мотать витки «на удачу». Им можно пользоваться, если новая конструкция перематывается проводом со старых рабочих катушек на том же сердечнике.
4 практических совета по наладке и сборке трансформатора: личный опыт
Сборка магнитопровода
Степень сжатия пластин влияет на шумы, издаваемые железом сердечника при вибрациях от протекающего по нему магнитного потока.
Одновременно не плотное прилегание железа с воздушными зазорами увеличивает магнитное сопротивление, вызывает дополнительные потери энергии.
Если для стягивания пластин используются металлические шпильки, то их надо изолировать от железа сердечника бумажными вставками и картонными шайбами.
Иначе по этому креплению возникнет искусственно созданный короткозамкнутый виток. В нем станет наводиться дополнительная ЭДС, значительно снижающая коэффициент полезного действия.
Состояние изоляции крепежных болтов относительно железа сердечника проверяют мегаомметром с напряжением от 1000 вольт. Показание должно быть не менее 0,5 Мом.
Расчет провода по плотности тока
Оптимальные размеры трансформатора играют важную роль для устройств, работающих при экстремальных нагрузках.
Для питающей обмотки, подключенной к бытовой проводке лучше выбирать плотность тока из расчета 2 А/мм кв, а для остальных — 2,5.
Способы намотки витков
Быстрая навивка на станке «внавал» занимает повышенный объем и нормально работает при относительно небольших диаметрах провода.
Качественную укладку обеспечивает намотка плотными витками один возле другого с расположением их рядами и прокладкой ровными слоями изоляции из конденсаторной бумаги, лакоткани, других материалов.
Хорошо подходят для создания диэлектрического слоя целлофановые (не из полиэтилена) ленты. Можно резать их от упаковок сигарет. Отлично справляется с задачами слоя изоляции кулинарная пленка для запекания мясных продуктов и выпечек.
Она же придает красивый вид внешнему покрытию катушки, одновременно обеспечивая ее защиту от механических повреждений.
Обмотки сварочных и пускозарядных устройств, работающие в экстремальных условиях с высокими нагрузками, желательно дополнительно пропитывать между рядами слоями силикатного клея (жидкое стекло).
Ему требуется дать время, чтобы засох. После этого наматывают очередной слой, что значительно удлиняет сроки сборки. Зато созданный по такой технологии трансформатор хорошо выдерживает высокие температурные нагрузки без создания межвитковых замыканий.
Как вариант такой защиты работает пропитка рядов провода разогретым воском, но, жидкое стекло обладает лучшей изоляцией.
Когда длины провода не хватает для всей обмотки, то его соединяют. Подключение следует делать не внутри катушки, а снаружи. Это позволит регулировать выходное напряжение и силу тока.
Замер тока на холостом ходу трансформатора
Мощные сварочные аппараты требуют точного подбора объема пластин и количества витков под рабочее напряжение, что взаимосвязано.
Выполнить качественную наладку позволяет замер тока холостого хода при оптимальной величине напряжения на входной обмотке питания.
Его значение должно укладываться в предел 100÷150 миллиампер из расчета на каждые 100 ватт приложенной мощности для трансформаторных изделий длительного включения. Когда используется режим кратковременной работы с частыми остановками, то его можно увеличить до 400÷500 мА.
Выполняя расчет трансформатора онлайн калькулятором или проверку его вычислений дедовскими формулами, вам придется собирать всю конструкцию в железе и проводах. При первых сборках своими руками можно наделать много досадных ошибок.
Чтобы их избежать рекомендую посмотреть видеоролик владельца Юность Ru. Он очень подробно и понятно объясняет технологию сборки и расчета. Под видео расположено много полезных комментариев, с которыми тоже следует ознакомиться.
Если заметите в ролике некоторые моменты, которые немного отличаются от моих рекомендаций, то можете задавать вопросы в комментариях. Обязательно обсудим.
Силовые трансформаторы, простой расчет
В статье на конкретном примере приводится простой метод расчета силового трансформатора для блока питания или зарядного устройства.
- Перед тем, как использовать силовой трансформатор необходимо определиться с его мощностью.
Например, нужно рассчитать силовой трансформатор для зарядного устройства, которым будем заряжать автомобильные аккумуляторы емкостью до 60 А/час.
Как известно, ток заряда равен 0,1 от емкости аккумулятора, в нашем случае это 6 Ампер.
Напряжение для заряда аккумулятора должно быть не менее 15 В, плюс падение напряжения на диодах и токоограничивающем резисторе, примем его около 5 В.
Итого, напряжение вторичной обмотки должно быть около 20 В, при токе до 6 А. Мощность при этом, будет равна Р = 6 А х 20 В = 120 Вт.
К.п.д. силового трансформатора при мощности до 60 Вт составляет 0,75. При мощности до 150 Вт 0,8 и при больших мощностях 0,85.
В нашем случае принимаем к.п.д. равным 0,8.
При мощности вторичной обмотки 120 Вт, с учетом к.п.д. мощность первичной обмотки равна:
120 Вт : 0,8 = 150 Вт.
- По этой мощности определяем площадь поперечного сечения сердечника, на котором будут расположены обмотки.
S (см 2 ) = (1,0 ÷1,2) √Р
Коэффициент перед корнем квадратным из мощности зависит от качества электротехнической стали сердечника.
Принимаем его равным среднему значению 1,1 и получаем площадь сердечника равной 13,5 см 2 .
- Теперь нужно определить дополнительную величину – количество витков на вольт. Обозначим ее N.
Коэффициент от 50 до 70 зависит от качества стали. Возьмем среднее значение 60. Получаем количество витков на вольт равным:
Округлим это значение до 4,5 витка на вольт.
Первичная обмотка будет работать от 220 В. Ее количество витков равно 220 х 4,5 = 990 витков.
Вторичная обмотка должна выдавать 20 В. Ее количество витков равно 20 х 4,5 = 90 витков.
- Осталось определить диаметр провода обмоток.
Для этого нужно знать ток каждой обмотки. Для вторичной обмотки ток нам известен, его величина 6 А.
Ток первичной обмотки определим, как мощность, деленную на напряжение. (Сдвиг фаз для упрощения расчета учитывать не будем).
I1 = 150 Вт / 220 В = 0,7 А
Диаметр провода определяем по формуле:
Коэффициент перед корнем квадратным влияет на плотность тока в проводе. Чем больше его значение, тем меньше будет греться провод при работе. Примем среднее значение.
Для меди плотность тока до 3,2 А/мм кв, для алюминиевых проводов до 2А/мм кв.
Диаметр провода первичной обмотки:
D1 = 0,75 √0,7 = 0,63 мм
Диаметр провода вторичной обмотки:
D2 = 0,75 √6 = 1,84 мм
Для намотки выбираем ближайший больший диаметр. Если нет толстого провода для вторичной обмотки, можно намотать ее в два провода. При этом суммарная площадь сечения проводов должна быть не меньше площади сечения для рассчитанного диаметра провода. Как известно, площадь сечения равна πr² , где π это 3,14, а r — радиус провода.
Вот и весь расчет.
Если вторичных обмоток несколько, сумма их мощностей не должна превышать величину, равную мощности первичной обмотки, умноженной на к.п.д. Количество витков на вольт одинаково для всех обмоток конкретного трансформатора. Если известно количество витков на вольт, можно намотать обмотку на любое напряжение, главное, чтобы она влезла в окно магнитопровода. Диаметр провода каждой обмотки определяется исходя из величины тока этой обмотки.
Овладев этой простой методикой, вы сможете не только изготовить нужный вам силовой трансформатор, но и подобрать уже готовый.