Hydratool.ru

Журнал "ГидраТул"
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Как определить мощность трансформатора по формуле

Как определить мощность трансформатора по формуле

Расчет трансформатора

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

Теория и история

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

Как определить мощность трансформатора

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

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

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

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

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

K ≈ U ₁ ∕ U ₂ ≈ n ₁ ∕ n ₂.

Расчет обмоток трансформатора

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

K = n₁ ∕ n₂ = I ₂ ∕ I₁ = U₁ ∕ U₂.

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

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

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

Фарадей

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

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

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

Расчёт параметров прибора

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

Расчет силового трансформатора

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

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

Определение мощности

Как рассчитать трансформатор

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

P₁ = P₂ ∕ μ = 40 ∕ 0‚8 = 50

Округление осуществляется в бо́льшую сторону. Результат 50 Вт.

Вычисление сечения сердечника

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

Читайте так же:
Классы прочности шпилек гост

S = 1‚2∙√P₁ = 1‚2∙ 7‚07 = 8‚49

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

Расчёт количества витков

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

n = 50 ∕ S = 50 ∕ 8‚49 = 5‚89.

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

Мощность трансформатора по сечению магнитопровода

Токи в обмотках

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

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

Диаметр провода

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

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

Для намотки выходной обмотки потребуется провод с диаметром:

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

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

Виды и применение трансформаторов

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

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

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

Расчет мощности трансформатора

  • Автотрансформатор имеет один магнитопровод, на котором собран индуктор. Часть витков выполняет функции первичной обмотки, а остальные витки действуют как вторичные катушки.
  • Преобразователи напряжения работают в измерительных приборах и в цепях релейной защиты.
  • Преобразователи тока предназначены для гальванической развязки в сетях сигнализации и управления.
  • Импульсные трансформаторы применяются в вычислительной технике, автоматике, системах связи.
  • Силовые устройства работают с напряжением до 750 киловольт.

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

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

Проектирование трансформатора — как рассчитать мощность трансформатора

рассчитываем мощность трансформатора

Зная, как рассчитать мощность трансформатора, можно самостоятельно выбрать и приобрести качественный прибор, позволяющий преобразовывать напряжение в большие или меньшие значения.

Как рассчитать мощность трансформатора

Особенность работы стандартного трансформатора представлена процессом преобразования электроэнергии переменного тока в показатели переменного магнитного поля и наоборот. Самостоятельный расчет трансформаторной мощности может быть выполнен в соответствии с сечением сердечника и в зависимости от уровня нагрузки.

расчет обмотки

Расчет обмотки преобразователя напряжения и его мощности

По сечению сердечника

Электромагнитный аппарат имеет сердечник с парой проводов или несколькими обмотками. Такая составляющая часть прибора, отвечает за активное индукционное повышение уровня магнитного поля. Кроме всего прочего, устройство способствует эффективной передаче энергии с первичной обмотки на вторичную, посредством магнитного поля, которое концентрируется во внутренней части сердечника.

Параметрами сердечника определяются показатели габаритной трансформаторной мощности, которая превышает электрическую.

Расчетная формула такой взаимосвязи:

Sо х Sс = 100 х Рг / (2,22 х Вс х А х F х Ко х Кc), где

  • Sо — показатели площади окна сердечника;
  • Sс — площадь поперечного сечения сердечника;
  • Рг — габаритная мощность;
  • Bс — магнитная индукция внутри сердечника;
  • А — токовая плотность в проводниках на обмотках;
  • F — показатели частоты переменного тока;
  • Ко — коэффициент наполненности окна;
  • Кс — коэффициент наполненности сердечника.

Показатели трансформаторной мощности равны уровню нагрузки на вторичной обмотке и потребляемой мощности из сети на первичной обмотке.

По нагрузке

При выборе трансформатора учитывается несколько основных параметров, представленных:

  • категорией электрического снабжения;
  • перегрузочной способностью;
  • шкалой стандартных мощностей приборов;
  • графиком нагрузочного распределения.

В настоящее время типовая мощность трансформатора стандартизирована.

трансформаторы

Чтобы выполнить расчет присоединенной к трансформаторному прибору мощности, необходимо собрать и проанализировать данные обо всех подключаемых потребителях. Например, при наличии чисто активной нагрузки, представленной лампами накаливания или ТЭНами, достаточно применять трансформаторы с показателями мощности на уровне 250 кВА.

Читайте так же:
Как вывернуть винт с сорванным крестом

Определение габаритной мощности трансформатора

Показатели габаритной мощности трансформатора могут быть приблизительно определены в соответствии с сечением магнитопровода. В этом случае уровень погрешности часто составляет порядка 50%, что обусловлено несколькими факторами.

Трансформаторная габаритная мощность находится в прямой зависимости от конструкционных характеристик магнитопровода, а также качественных показателей материала и толщины стали. Немаловажное значение придаётся размерам окна, индукционной величине, сечению проводов на обмотке, а также изоляционному материалу, который располагается между пластинами.

устройство трансформатора

Безусловно, вполне допустимо экспериментальным и стандартным расчётным способом выполнить самостоятельное определение максимальной трансформаторной мощности с высоким уровнем точности. Однако, в приборах заводского производства такие данные учтены, и отражаются количеством витков, располагающихся на первичной обмотке.

Таким образом, удобным способом определения этого показателя является оценка размеров площади сечения пластин: Р = В х S² / 1,69

В данной формуле:

  • параметром P определяется уровень мощности в Вт;
  • B — индукционные показатели в Тесла;
  • S — размеры сечения, измеряемого в см²;
  • 1,69 — стандартные показатели коэффициента.

Индукционная величина — табличные показатели, которые не могут быть максимальными, что обусловлено риском значительного отличия магнитопроводов с разным уровнем качественных характеристик.

Расчет понижающего трансформатора

Выполнить самостоятельно расчет показателей мощности для однофазного трансформатора понижающего типа — достаточно легко. Поэтапное определение:

  • показателей мощности на вторичной трансформаторной обмотке;
  • уровня мощности на первичной трансформаторной обмотке;
  • показателей поперечного сечения трансформаторного сердечника;
  • фактического значения сечения трансформаторного сердечника;
  • токовых величин на первичной обмотке;
  • показателей сечения проводов на первичной и вторичной трансформаторных обмотках;
  • количества витков на первичной и вторичной обмотках;
  • общего числа витков на вторичных обмотках с учетом компенсационных потерь напряжения в кабеле.

На заключительном этапе определяются показатели площади окна сердечника и коэффициента его обмоточного заполнения. Определение сечения сердечника, как правило, выражается посредством его размеров, в соответствии с формулой: d1=А х В, где «А» — это ширина, а «В» — толщина.

Упрощенный расчет 220/36 В

Стандартный трансформатор с 220/36 В, представлен тремя основными компонентами в виде первичной и вторичной обмотки, а также магнитопровода. Упрощенный расчет силового трансформатора включает в себя определение сечения сердечника, количества обмоточных витков и диаметра кабеля. Исходные данные для простейшего расчета представлены напряжением на первичной U1 и на вторичной обмотке — U2, а также током на вторичной обмотке или I2.

В результате упрощенного расчета устанавливается зависимость между сечением сердечника Sсм², возведенным в квадрат и общей трансформаторной мощностью, измеряемой в Вт. Например, прибором с сердечником, имеющим сечение 6,0 см², легко «перерабатывается» мощность в 36 Вт.

трансформатор понижающий

При расчете используются заведомо известные параметры в виде мощности и напряжения на вторичной цепи, что позволяет вычислить токовые показатели первичной цепи. Одним из важных параметров является КПД, не превышающий у стандартных трансформаторов 0,8 единиц или 80%.

подключение трансформатораСами занимаетесь установкой электрооборудования? Схема подключения трансформатора представлена на нашем сайте.

Подозреваете, что трансформатор неисправен? О том, как проверить его мультиметром, вы можете почитать тут.

Чем отличается трансформатор от автотрансформатора, вы узнаете из этой темы.

Показатели полной или полезной мощности многообмоточных трансформаторов, являются суммой мощностей на всех вторичных обмотках прибора. Знание достаточно простых формул позволяет не только легко произвести расчёт мощности прибора, но также самостоятельно изготовить надежный и долговечный трансформатор, функционирующий в оптимальном режиме.

Видео на тему

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.

Читайте так же:
Как варить тонкий металл электродом 2 мм

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.

Как определить мощность трансформатора по сечению сердечника

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

[Шаг 1. Определение размеров магнитопровода]

Когда разрабатывается трансформатор, первый шаг в разработке состоит в выборе подходящего сердечника, чтобы трансформатор мог передать необходимую мощность. Обычно чем больше мощность, тем больше должны быть размеры трансформатора. В действительности нет теоретических или физических ограничений на то, чтобы трансформатор меньшего размера мог передавать большую мощность. Но по практическим соображениям на сердечнике малого размера недостаточно места для размещения всех обмоток, поэтому можно выбрать только лишь сердечник не меньше определенного размера. Хороший базовый выбор может дать следующая эмпирическая формула (для рабочей частоты трансформатора 50 Гц):

P = η * S 2 / 14000

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

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

Читайте так же:
Как правильно сделать антенну для телевизора

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

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

Материал сердечникаη (коэффициент)φ (единицы Wb/m 2 )
Холоднокатаная текстурированная сталь, легированная кремнием (grain-oriented silicon steel), M50.881.3
То же самое, толщина пластин 0.35 мм, M60.841.2
Обычная сталь, легированная кремнием, толщина пластин 0.5 мм, M70.821.1
Обычная кремниевая сталь (или сталь для повышенной прочности)0.801.0
Мягкая низкоуглеродистая сталь (mild steel)0.700.8

Чтобы упростить расчет трансформатора, ниже вставлен онлайн-калькулятор:

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

[Шаг 2. Определение плотности магнитного потока в сердечнике]

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

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

γ = 10 6 * sqrt(2) / (2 * pi * f * φ * S)

Множитель 10 6 учитывает, что площадь поперечного сечения сердечника S выражена в мм 2 . Следует сделать еще несколько замечаний по этой формуле: например, низкие частоты требуют больше витков, и поэтому трансформаторы на 60 Гц обычно получаются меньшего размера, чем трансформаторы на 50 Гц. Таким образом, сниженная плотность магнитного потока (и сниженные потери в сердечнике) потребует больше витков, даже если это кажется парадоксальным. И конечно, чем больше размер сердечника, тем меньше требуется витков: если Вы когда-нибудь видели большие, мощные высоковольтные трансформаторы, используемые энергетическими компаниями для своих высоковольтных линий, то у них имеется всего лишь несколько сотен витков для преобразования многих киловольт, в то время как маленький трансформатор на 230V в Вашем маленьком будильнике содержит тысячи витков.

[Шаг 3. Вычисление числа витков]

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

Обратите внимание, что все напряжения и токи учитываются в СКЗ (эта аббревиатура соответствует английской RMS), в то время как плотность магнитного потока выражена в своем пиковом значении, чтобы избежать насыщения. Этот факт объясняет наличие корня из 2 в формуле вычисления константы трансформатора γ.

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

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

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

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

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

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

Читайте так же:
Абразивные камни для заточки ножей

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

Или для c = 2.5 A/мм 2 :

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

[Практика в изготовлении трансформатора]

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

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

calc transformer disassebled

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

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

calc transformer EI core

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

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

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

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

[Общие выводы]

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

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector