13 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Как произвести расчет маломощных трансформаторов?

Упрощенный расчет трансформатора

Для расчета параметров трансформатора, а именно сечения обмоточных проводов, числа витков и обмоток, выбора магнитопровода необходимо ориентировочно оценить мощность трансформатора в зависимости от предполагаемой или расчетной нагрузки трансформатора. Расчеты мощных трансформаторов очень трудоемки и осуществляются проектными институтами или специальными заводскими проектными бюро. Маломощные трансформаторы можно рассчитывать по упрощенным формулам. Рассчитанный, таким образом, трансформатор можно применять в профессиональной деятельности и быту.

Маломощные однофазные и трехфазные трансформаторы (автотрансформаторы) применяют для освещения, питания цепей управления, в выпрямителях и различных электронных аппаратах.

Расчет трансформаторов начинают с определения его вторичной мощности, ВА:

S2=3UI – для трехфазных трансформаторов,

где U2 − вторичное напряжение, В;

I – вторичный фазный ток, А;

I2 – вторичный ток, А;

U – вторичное фазное напряжение, В.

По известной вторичной мощности S2 находят первичную мощность трансформатора, ВА:

где η – КПД трансформатора, который можно принимать по таблице 6.

Поперечное сечение, мм 2 , сердечника трансформатора QC можно определить по следующим эмпирическим (т. е. найденным опытным путем) формулам:

– для трансформаторов стержневого типа (рисунок 17,а);

– для трансформаторов броневого типа (рисунок 17,б);

– для трехфазных трансформаторов (рисунок 17,в),

где f – частота тока в сети, Гц;

k – постоянная (4-6 для масляных и 6-8 для воздушных трансформаторов).

Поперечное сечение стержня автотрансформаторов рассчитывается по вышеприведенным формулам, но постоянная k увеличивается на 15-20 %. Сечение, мм 2 , сердечника может быть выражено через его размеры

где a – ширина пластин, мм;

b – толщина пакета пластин, мм.

Сечение стержня обычно имеет квадратную, прямоугольную или ступенчатую форму, вписанную в окружность. Стержни прямоугольного сечения обычно применяют для трансформаторов до 700 ВА. Высоту, мм 2 , прямоугольного стержня можно вычислить по формуле

Соотношение размеров сечения сердечника может находиться в пределах b/a=1,2÷1,8. Ширину окна сердечника (рисунок 17) принимают по формуле

где m – коэффициент, учитывающий наивыгоднейшие размеры окна сердечника (m = 2,5 ÷ 3).

Сечение ярма трансформатора с учетом изоляции между листами принимается

= (1,0÷1,15) – для трансформаторов стержневого типа;

– для трансформаторов броневого типа.

Я – ярмо; Ст – стержень.

Рисунок 17 – Типы сердечников трансформаторов: а – стержневой;

б – броневой; в – трехфазный

Сечение проводов для первичной и вторичной обмоток определяют в зависимости от тока в обмотках и допустимой плотности тока.

Токи первичной и вторичной обмоток определяют следующим образом:

;

– для трехфазных трансформаторов,

где Uл1 и Uл2 – линейные напряжения первичной и вторичной обмоток.

При соединении обмоток в звезду

а в треугольник

где UФ – фазное напряжение.

Токи, А, в отдельных частях обмотки автотрансформатора (рисунок 18) могут быть определены из выражений:

Сечения проводов первичной и вторичной обмоток определяют по формулам:

Рисунок 18 – Схемы понижающего (а) и повышающего (б) автотрансформаторов

где s1 и s2 – сечения проводов первичной и вторичной обмоток, мм2;

δ – плотность тока в обмотке, А/мм 2 (принимается по таблице 6).

Таблица 6 – Рекомендуемые значения индукции, плотности тока и КПД трансформаторов

Мощность трансформатора, ВАИндукция ВС, ТлКПД трансформатора, ηПлотность тока, А/мм 2
1,10,824,8
1,250,853,9
1,350,873,2
1,400,892,8
1,350,912,5
1,250,93
1,150,951,6
1,100,961,3
1,050,961,2
Более 10000,8-1,050,96-0,981,2

Число витков первичной и вторичной обмоток определяют по формулам:

;

– для одно- и трехфазных трансформаторов соответственно;

;

– для понижающего автотрансформатора (см. рисунок 18, а);

– для повышающего автотрансформатора (см. рисунок 18, б),

где BC – магнитная индукция в сердечнике (см. таблицу 6).

Для компенсации потери напряжения в проводах обмоток нужно увеличить число витков вторичных обмоток на 5-10 %. Радиолюбители обычно определяют число витков на 1 В рабочего напряжения по упрощенной формуле

где 4500 – постоянная величина для трансформаторной стали.

Далее определяют количество витков первичной и вторичной обмоток:

После расчета основных параметров трансформатора необходимо проверить, разместятся ли обмотки в окне выбранного магнитопровода.

Пользуемся упрощенным способом проверки. Для этого по наружному диаметру провода и числу витков находим площадь, занимаемую каждой обмоткой в окне сердечника, затем складываем площади всех обмоток и полученную сумму сравниваем с площадью окна, т. е. определяем коэффициент заполнения окна сердечника обмоткой:

где Qобм = dw – площадь, занимаемая обмоткой;

dи − диаметр провода с изоляцией;

w – число витков обмотки;

Q = HC – площадь окна сердечника трансформатора.

Коэффициент заполнения окна сердечника обмоткой для маломощных трансформаторов принимают k = 0,2 ÷ 0,4.

KOMITART — развлекательно-познавательный портал

Разделы сайта

  • » На Главную
  • » Радиолюбителю
  • » APEX AUDIO
  • » Гитарные примочки
  • » Своими руками
  • » Автомобилисту
  • » Service-Manual
  • » Master KIT
  • » Бесплатные программы
  • » Компьютер
  • » Книги
  • » Женские штучки
  • Готовим вкусно и быстро
  • » Игры на сайте
  • » Музыка
  • » Юмор
  • » Разное — интересное

DirectAdvert NEWS

GNEZDO NEWS

Друзья сайта

Статистика

Простой расчет понижающего трансформатора.

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.

Магнитопроводы бывают:

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.

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.

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.

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

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

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

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.

КАК РАССЧИТАТЬ ПОНИЖАЮЩИЙ ТРАНСФОРМАТОР.

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.

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

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

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

Определим мощность потребляемую трансформатором от сети с учетом потерь:

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.

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

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

Рассчитаем число витков в первичной и вторичной обмотках.

Число витков в первичной обмотке на 220 вольт:

Число витков во вторичной обмотке на 36 вольт:

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:

Ток во вторичной обмотке трансформатора:

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:

Диаметр провода для вторичной обмотки:

Читать еще:  Порядок выкройки и инструкция по шитью штор собственноручно

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:

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.

Онлайн журнал электрика

Статьи по электроремонту и электромонтажу

  • Справочник электрика
    • Бытовые электроприборы
    • Библиотека электрика
    • Инструмент электрика
    • Квалификационные характеристики
    • Книги электрика
    • Полезные советы электрику
    • Электричество для чайников
  • Справочник электромонтажника
    • КИП и А
    • Полезная информация
    • Полезные советы
    • Пусконаладочные работы
  • Основы электротехники
    • Провода и кабели
    • Программа профессионального обучения
    • Ремонт в доме
    • Экономия электроэнергии
    • Учёт электроэнергии
    • Электрика на производстве
  • Ремонт электрооборудования
    • Трансформаторы и электрические машины
    • Уроки электротехники
    • Электрические аппараты
    • Эксплуатация электрооборудования
  • Электромонтажные работы
    • Электрические схемы
    • Электрические измерения
    • Электрическое освещение
    • Электробезопасность
    • Электроснабжение
    • Электротехнические материалы
    • Электротехнические устройства
    • Электротехнологические установки

Расчет маломощных трансформаторов

В заводской практике электромонтера нередко встречается необходимость сделать маломощный (до 1—1,5 ква) трансформатор для переносной лампы, точечной сварки, прибора и т. д. Приводим облегченный расчет обмоток и сердечника однофазового трансформатора, обеспечивающий достаточную для практики точность.

U1 — напряжение питающей сети, т. е. напряжение первичной обмотки (в)

U2 — напряжение, которое требуется получить от трансформатора для работы того либо другого прибора, т. е. напряжение вторичной обмотки

I2 — ток нагрузки трансформаторов, т. е. ток вторичной обмотки (а).

S — поперечное сечение сердечника (см 2 )

Wi число витков первичной обмотки

W2 число витков вторичной обмотки

d1 и d2 — поперечник обмоточного провода первичной и вторичной обмоток (мм).

Порядок расчета:

1. Составляется схема рассчитываемого трансформатора. Для примера берется однофазовый двухобмоточный трансформатор по схеме, приведенной на рис.

2. Поперечное сечение сердечника определяется по последующей формуле:где Р— мощность (ва), потребляемая трансформатором из сети Определяется она из формулы:

где Р — мощность нагрузки (ва);

n — к. п. д. трансформатора, который берется равным 0,8—0,9.

3.Число витков обмотки, требуемое на напряжение 1 в:4. Число витков первичной обмотки:

5. Число витков вторичной обмотки:

где 0,05U2-n — число, на которое нужно прирастить число витков вторичной обмотки для компенсации падения напряжения в ней.

6. Поперечник провода вторичной обмотки:7. Поперечник провода первичной обмотки:

где8. Рассчитывается наполнение окна трансформаторной стали обмотками; если об­мотки не помещаются, то сечение сердечника должно быть увеличено и расчет делается вновь (на увеличенное поперечное сечение сердечника).

Пример. Требуется сделать трансформатор для питания переносных ламп на­каливания, рассчитанных на напряжение 12 в, если общий ток нагрузки будет составлять 10 а. Сечение сердечника трансформатора:

Можно взять трансформаторную сталь типа Ш-32, набор 4 см (5 = 12 см’ 1 ).

Расчетное число п:Величина 50 является средним значением, от которого можно отступать в неко­торых границах: для трансформатора с неплохой сталью при кропотливом выполнении катушек и обмоток данная величина может быть снижена до 45 и даже до 40, а при других случаях может быть увеличена до 60 и даже до 70 (если использована нехорошая сталь с нехороший изоляцией отдельных пластинок, при намотке катушек много либо работе трансформатора без выключения в течение долгого времени).

Число витков вторичной обмотки:

Число витков первичной обмотки:

Поперечник провода вторичной обмотки:Поперечник провода первичной обмотки:

Проверка по окну железа указывает, что обмотки с прокладками меж ними и меж каждым слоем укладываются свободно.

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.

Силовые трансформаторы, простой расчет

В статье на конкретном примере приводится простой метод расчета силового трансформатора для блока питания или зарядного устройства.

  1. 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.

  1. 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 .

  1. 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.

Читать еще:  Как сделать и поставить хомут на трубу

Вторичная обмотка должна выдавать 20 В. Ее количество витков равно 20 х 4,5 = 90 витков.

  1. 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.

Материал статьи продублирован на видео:

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.

  • Как пользоваться онлайн калькулятором для расчета трансформатора пошагово
    • Подготовка исходных данных за 6 простых шагов
    • Выполнение онлайн расчета трансформатора
  • Как рассчитать силовой трансформатор по формулам за 5 этапов
    • Как мощность сухого трансформатора влияет на форму и поперечное сечение магнитопровода
    • Особенности вычисления коэффициента трансформации и токов внутри обмоток
    • Как вычислить диаметры медного провода для каждой обмотки
    • Определение числа витков обмоток по характеристикам электротехнической стали: важные моменты
    • Учет свободного места внутри окна магнитопровода
  • 4 практических совета по наладке и сборке трансформатора: личный опыт

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:

  1. Ширину пластины под катушкой с обмоткой.
  2. 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, ваттыКоэффициент полезного действия ŋ
15÷500,50÷0,80
50÷1500,80÷0,90
150÷3000,90÷0,93
300÷10000,93÷0,95
>10000.95÷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:

  1. для кольцевой фигуры из П-образных пластин площадь поперечного сечения под катушкой магнитопровода рассчитывается как Qc=√S1;
  2. 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.

Читать еще:  Характеристики и недостатки керамических блоков

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.

Как произвести расчет маломощных трансформаторов?

В заводской практике электромонтера часто встречается необходимость изготовить маломощный (до 1—1,5 кВт) трансформатор для переносной лампы, точечной сварки, прибора и т. д. Приводим упрощенный расчет обмоток и сердечника однофазного трансформатора, обеспечивающий достаточную для практики точность.

Электромонтеры часто нуждаются в маломощном трансформаторе, для переносной лампы, точечной сварки. Изготовить ее просто, опираясь на расчеты.

Исходные данные:

U1 — напряжение питающей сети, т. е. напряжение первичной обмотки (В)

U2 — напряжение, которое требуется получить от трансформатора для работы того или иного прибора, т. е. напряжение вторичной обмотки

I2 — ток нагрузки трансформаторов, т. е. ток вторичной обмотки (а).

Рассчитываются:

Рисунок 1. Однофазный двухобмоточный трансформатор.

S — поперечное сечение сердечника (см 2 )

Wi — число витков первичной обмотки

W2 — число витков вторичной обмотки

d1 и d2 — диаметр обмоточного провода первичной и вторичной обмоток (мм).

Порядок расчета:

  • составляется схема рассчитываемого трансформатора. Для примера берется однофазный двухобмоточный трансформатор по схеме, приведенной на рисунке 1;
  • поперечное сечение сердечника определяется по следующей формуле:

где Р— мощность (Вт), потребляемая трансформатором из сети. Определяется она из формулы:

где Р — мощность нагрузки (Вт);

n — КПД. трансформатора, который берется равным 0,8—0,9;

  • число витков обмотки, требуемое на напряжение 1 В:

  • число витков первичной обмотки:

  • число витков вторичной обмотки:

где 0,05U2-n — число, на которое надо увеличить число витков вторичной обмотки для компенсации падения напряжения в ней.

  • диаметр провода вторичной обмотки:

  • диаметр провода первичной обмотки:

  • вычисляется заполнение окна трансформаторной стали обмотками; если об­мотки не помещаются, то сечение сердечника должно быть увеличено и расчет делается вновь (на увеличенное поперечное сечение сердечника).

Пример. Требуется изготовить трансформатор для питания переносных ламп на­каливания, рассчитанных на напряжение 12 В, если общий ток нагрузки будет составлять 10 А. Сечение сердечника трансформатора:

Можно взять трансформаторную сталь типа Ш-32, набор 4 см (5 = 12 см’ 1 ).

Расчетное число п:Величина 50 является средним значением, от которого можно отступать в неко­торых пределах: для трансформатора с хорошей сталью при тщательном выполнении катушек и обмоток эта величина может быть снижена до 45 и даже до 40, а при других случаях может быть увеличена до 60 и даже до 70 (если применена плохая сталь с плохой изоляцией отдельных пластин, при намотке катушек навалом или работе трансформатора без выключения в течение длительного времени).

Число витков вторичной обмотки:

Число витков первичной обмотки:

Диаметр провода вторичной обмотки:Диаметр провода первичной обмотки:

Проверка по окну железа показывает, что обмотки с прокладками между ними и между каждым слоем укладываются свободно.

Упрощенный расчет маломощных силовых однофазных и трехфазных трансформаторов

При упрощенном расчете маломощных силовых трансформаторов практически достаточно ограничиться рассмотрением только двухобмоточных трансформаторов, так как многообмоточные трансформаторы в принципе не отличаются от двухобмоточных , имея одну первичную и несколько вторичных обмоток.

Исходными данными для расчета маломощных силовых трансформаторов являются следующие величины:

Определение токов трансформатора

При определении тока первичной обмотки следует учитывать потери, а также намагничивающий ток трансформатора, относительная величина которых в маломощных силовых трансформаторах весьма значительна.

Величины токов могут быть определены по следующим формулам:

а) однофазный трансформатор:

б) трехфазный трансформатор:

— напряжения обмоток по заданию;

— мощность вторичной обмотки по заданию;

— коэффициент мощности нагрузки по заданию;

— к.п.д. трансформатора, предварительно выбираемый по кривой рис. 9.

, то коэффициент мощности первичной цепи практически можно определить по формуле:

в среднем составляет около

2. Выбор индукции в стержне сердечника и плотности тока в проводах обмоток трансформатора

Допустимая величина индукции в стержне и ярме сердечника трансформатора определяется выбранным значением намагничивающего тока, мощностью, частотой, типом трансформатора, числом стыков в сердечнике и материалом последнего. Для трансформаторов стержневого и броневого типов мощностью несколько десятков или сотен вольтампер с сердечником из листовой электротехнической стали марок Э41 и Э11 (ГОСТ 802-58) индукцию в стержне сердечника можно принять в следующих пределах:

Б случае сердечника трансформатора из холоднокатаной стали марок Э310, Э320 и ЭЗЗО эту индукцию можно принять;

В трансформаторах повышенной частоты (200— 400 гц ) -величина индукции в стержне определяется величиной потерь и нагревом его. Обычно в этом случае индукция в стержне составляет не более 5000—7000 гс .

Допускаемая величина плотности тока в проводах обмоток трансформатора в значительной мере определяет вес и стоимость последнего. Чем выше плотность тока в обмотках, тем меньше вес меди их и соответственно стоимость трансформатора. С другой стороны, с увеличением плотности тока возрастают потери в меди обмоток и нагрев трансформатора.

В трансформаторах мощностью примерно до 100 ва допускаемая плотность тока в проводах обмоток может составлять:

В трансформаторах мощностью свыше 100 ва и до нескольких сотен вольтампер эта плотность обычно составляет:

Расчет маломощного трансформатора электропитания

Главная > Контрольная работа >Физика

Расчет маломощного трансформатора электропитания

по дисциплине «Электропитание устройств, систем телекоммуникаций»

Таблица 1 – Исходные данные

Исходя из начальных параметров (таблица 1), для расчета трансформатора, будем использовать данные из таблиц 2,3,4,5.

1. Коэффициент трансформации:

2. Нагрузочная составляющая тока первичной обмотки:

Таблица 2 – Рекомендуемые значения параметров трансформатора

Габаритная мощность, ВА

Коэффициент заполнения окна

Удельные потери, Вт/кг

3. Габаритная мощность трансформатора:

4. По габаритной мощности трансформатора выбираем магнитопровод. Стандартный магнитопровод можно выбрать также по произведению , где и — площадь поперечного сечения магнитопровода и площадь окна :

Плотность тока в обмотках трансформатора преобразователя можно определить по приближенной формуле:

5. Потери в стали :

6. ЭДС, индуцируемая в одном витке:

7. Число витков каждой обмотки трансформатора:

На рисунке 1 изображена броневая конструкция магнитопровода ШЛ6×10, выбранная по произведению , где и — площадь поперечного сечения магнитопровода и площадь окна.

8. Диаметр провода обмотки трансформатора (без учета толщины изоляции):

9. Средняя длина витка обмотки в трансформаторе на броневом сердечнике:

10. Длина каждой обмотки:

11. Сопротивление каждой обмотки:

12. Потери мощности на сопротивлениях обмоток:

13. Ток холостого хода (ток первичной обмотки ненагруженного трансформатора) состоит из тока намагничивания (реактивная составляющая тока) и тока , вызванного потерями в стали :

Таблица 4 — Обмоточные провода

Диаметр медной жилы d , мм

Диаметр провода с изоляцией, мм

0,05; 0,06; 0,07; 0,09

0,10; 0,11; 0,12; 0,13; 0,14

0,15; 0,16; 0,17; 0,18; 0,19

0,51; 0,53; 0,55; 0,57; 059; 0,62

0,74; 0,77; 0,80; 0,83; 086; 0,90; 093; 0,96

1,0; 1,04; 1,08; 1,12; 1,16; 1,20

14. Полный ток первичной обмотки нагруженного трансформатора состоит из тока холостого хода и тока , вызванного потерями в меди:

15. Число витков вторичных обмоток:

Число витков первичных обмоток:

16. Определяем толщину обмоток трансформатора и проверяем, уменьшаются ли они в окне выбранного магнитопровода.
Толщина каждой обмотки броневого трансформатора:

Таблица 5 – Зависимость толщины прокладки d n от диаметра провода

17. Толщина катушки трансформатора:

18. Уточняем потери мощности на сопротивлениях обмоток, считая потери в первичной обмотке при протекании по ней полного тока:

19. Проверяем тепловой режим трансформатора. Перегрев сердечника по отношению к окружающей среде находим по приближенной формуле:

Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector