Упрощенный вид расчета трансформатора

Упрощенный вид расчета трансформатора

Но проще и дешевле собрать его своими руками. К тому же сам процесс сборки достаточно интересный. Но как показывает практика, в основе сборки лежит расчет трансформатора, он же блок питания. Поэтому стоит поговорить именно о проводимых расчетах, то есть, разобраться с формулами и указать на нюансы.

Конструкция трансформатора.

Электрик в доме

Автор: admin, 11 Авг 2013

Очень часто для питания радиолюбительских конструкций или для питания готовых устройств требуется понижающий трансформатор. Точный расчёт силового трансформатора очень сложен, но для приблизительного расчёта можно воспользоваться упрощёнными формулами. В этой статье рассмотрим как рассчитать трансформатор, собранный на наиболее часто встречающемся магнитопроводе из Ш-образных пластин.

Для расчёта трансформатора нам нужно знать: желаемое напряжение на вторичной обмотке и ток нагрузки. Ели ток нагрузки не известен, но известна его мощность, то вычислить ток не составит труда — нужно мощность поделить на напряжение на вторичной обмотке.

1. Расчёт тока вторичной обмотки

I2 = 1,5*Iн, где

  • I2 — ток во вторичной обмотке, А,
  • Iн — ток нагрузки, А.

2. Определение мощности, потребляемой от вторичной обмотки

P2 = U2*I2, где

  • P2 — мощность вторичной обмотки, Вт,
  • U2 — напряжение вторичной обмотки, В,
  • I2 — ток вторичной обмотки, А.

Если необходимо несколько вторичных обмоток, то считаем мощность каждой обмотки, а затем складываем мощности всех вторичных обмоток и подставляем в следующую формулу.

3. Определение мощности трансформатора

Pт = 1,25*P2, где

  • Рт — общая мощность трансформатора, Вт,
  • Р2 — мощность вторичной обмотки, Вт.

4. Расчёт тока первичной обмотки

I1 = Pт/U1, где

  • I1 — ток в первичной обмотке трансформатора, А,
  • Pт — мощность трансформатора, Вт,
  • U1 — напряжение первичной обмотки, В.

5. Определение необходимого сечения сердечника магнитопровода

S = 1,3*, где

  • S — площадь сечения сердечника магнитопровода, см²,
  • Pт — мощность трансформатора, Вт.

Следует заметить, что магнитопровод нужно подбирать так, чтобы отношение ширины сердечника (центральной пластины) магнитопровода к толщине набора было в пределах 1 ÷ 2.

6. Расчёт числа витков в первичной обмотке

W1 = 50*U1/S, где

  • W1 — число витков первичной обмотки, шт,
  • U1 — напряжение первичной обмотки, В,
  • S — площадь сечения сердечника магнитопровода, см².

7. Расчёт числа витков во вторичной обмотке

W2 = 55* U2/S, где

  • W2 — число витков вторичной обмотки, шт,
  • U1 — напряжение вторичной обмотки, В,
  • S — площадь сечения сердечника магнитопровода, см².

8. Определение диаметров проводов обмоток трансформатора

d = 0,632* I, где

  • d — диаметр провода, мм,
  • I — ток обмотки, А (соответственно подставляем I1 и I2 для первичной и вторичной обмоток).

Расчёт приведён для медного провода.

9. Проверка заполняемости окон магнитопровода

После подбора пластин магнитопровода следует проверить влезет ли провод на каркас трансформатора.

Sо = 50*Pт, где

  • Sо — площадь, занимаемая намотанными проводами, в одном окне магнитопровода, мм 2 ,
  • Pт — мощность трансформатора, Вт.

Если площадь окна подобранного магнитопровода больше или равна вычисленной, то провод влезет.

Рекомендации по сборке и намотке трансформатора

Пластины магнитопровода нужно собирать вперекрышку, как это показано на рисунке вверху.

Магнитопровод следует стянуть обоймой или шпильками с гайками, шпильки необходимо обернуть бумагой или другим изоляционным материалом, чтобы шпильки не замыкали пластины. Если магнитопровод плохо стянут, то он будет гудеть.

Провода следует наматывать равномерно и плотно(иначе могут не влезть). Между каждым рядом надо прокладывать тонкую бумагу или лавсановую плёнку в 1-2 слоя и 3-4 слоя между обмотками.

Для удобства намотки можно сделать простое приспособление, показанное на рисунке:

Приспособление для намотки трансформатора

Состоит устройство из двух фанерных стоек, закреплённых на общем основании и вставленного в них металлического прутка, с одного конца изогнутого в виде ручки. Одной рукой крутим ручку, второй направляем провод, катушку с проводом можно наподобие разместить ещё на одном прутке, но уже без ручки.

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%.
Читайте также  Стандартный шаг резьбы

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.

Пример расчета

Выбираем 150 ВА и ШЛ25х32. В таблице также приведено рекомендованное число витков на 1 вольт — W0: 3,9. Следовательно, число витков W1 первичной обмотки будет равно произведению напряжения сети на W0:

Раз число витков на 1 вольт известно, легко рассчитать и вторичную обмотку. В рассматриваемом случае три витка мало, а четыре много. Чтобы не ошибиться, наматываем три витка и оставляем запас провода для добавления после испытания трансформатора под нагрузкой. Для провода сетевой обмотки диаметр рассчитываем, используя силу тока. Ее определяем на основе мощности в первичной обмотке и сетевого напряжения. В сетевой обмотке расчетная сила тока составит:

Во вторичной обмотке сила тока составит:

Затем по таблице выбираем диаметр провода при плотности тока 2,5 А/мм кв:

Для первичной обмотки диаметр провода получается 0,59 мм, для вторичной — 2,0 мм. После этого надо выяснить, помещаются ли обмотки в окна магнитопровода. Это несложно определить на основе числа витков и диаметров проводов с учетом толщины каркасов катушек и слоев дополнительной изоляции. Рекомендуется сделать эскиз для наглядного расчета.

Если вторичных обмоток несколько, должны быть известны мощности для каждой из них. Они суммируются для получения параметров первичной обмотки. Затем расчет выполняется аналогично рассмотренному выше примеру. Но определение токов делается по мощности каждой вторичной обмотки.

Расчетные данные в виде таблиц приведены в справочниках для всех типов сердечников, но при определенных частотах напряжений первичной обмотки:

Для рассматриваемой нагрузки 100 Вт выбираем ПЛ20х40-50

Если требуемые параметры не совпадают с табличными значениями, придется использовать формулы:

S0 – площадь окна в магнитопроводе,

Sc – сечение материала магнитопровода по витку,

Рг – габаритная мощность,

kф – коэффициент формы напряжения на первичной обмотке,

f – частота напряжения на первичной обмотке,

j – плотность тока в проводе обмотки,

Bm – индукция насыщения магнитопровода,

k0 – коэффициент заполнения окна магнитопровода,

kс – коэффициент заполнения стали.

Упрощенные формулы справедливы только для тех случаев, которые эти упрощения определяют. Поэтому они не могут охватить все возможные ситуации и не будут обеспечивать приемлемую точность в большинстве из них.

Расчет импульсного трансформатора

Как и в случае с обычным силовым трансформатором, импульсные также могут быть рассчитаны с помощью онлайн-калькуляторов и различных программ. Формулы будут похожи, но необходимо будет учесть магнитную проницаемость и прочие параметры ферритового сердечника. Потому, что от его свойств напрямую зависит качество и корректность работы готового устройства.

При выполнении расчетов сварочных импульсных трансформаторов при помощи программ, многие из них дают подсказки, представляя мостовые схемы выпрямителей и прочее. Все это намного облегчает процесс, так как традиционными методами он сложен. Но, в общем, принцип остается таким же. А что насчет программ калькуляторов, то их в интернете можно найти большое количество для выполнения расчета любых импульсных или обычных сетевых устройств различной мощности и электрических параметров.

Порядок расчета трансформаторов

Все программы расчета трансформаторов производят обработку данных по известным нам формулам из научных изданий, поэтому правильность ее программы всегда можно проверить. Но необходимость знания табличных величин может завести вас в заблуждение. Поэтому сейчас разберем некоторые подробности расчета трансформаторов с тороидальным сердечником на трансформаторном железе или на феррите.

Тороид обладает наилучшими качествами по сравнению со всеми другими типами сердечников, так как в нем отсутствуют зазоры, и как результат, минимизированы потери на вихревые токи. Поэтому КПД у таких трансформаторов существенно выше, поэтому если хотите сделать качественное устройство, то используйте именно такой тип сердечника, правда, на него сложнее мотать обмотку, но дело того стоит.

Выбор магнитопровода

Геометрические пропорции промышленно выпускаемых сердечников стандартны. Поэтому их выбирают по размерам сечения внутри витка. Еще один параметр, который влияет на выбор магнитопровода — это индуктивность рассеяния. Она меньше у броневых и тороидальных конструкций. Что-либо вычислять не стоит — в многочисленных справочниках приводятся таблицы, а в интернете на тематических сайтах их аналоги.

Например, необходимо присоединить к сети нагрузку мощностью 100 Вт 12 В. По базовой таблице, показанной далее, выбирается типоразмер магнитопровода. Но учитываем то, что мощность ВТ меньше, чем ВА плюс неполная нагрузка для надежности. Поэтому используем коэффициент 1,43. Искомая мощность и типоразмер получатся как произведение, т.е. 143 ВА. По таблице выбираем ближайшее большее значение габаритной мощности и магнитопровод:

Собрать трансформатор своими руками

Ищем инструмент расчета трансформатора

Особенности расчета трансформатора

Вопрос способен вызвать улыбку мастера старой школы, для современного интернета проблема актуальна. Большинство вебмастеров неспособны описать, как ведется расчет трансформатора тока. Найдем нелепые предложения. Решили исследовать сеть, отыскивая дельные варианты. Предположим, перед тем, как сделать простейший трансформатор, производим поиск материала. Бьемся об заклад, большинство читателей лишены шанса раздобыть электротехническую сталь. Нарезать, следуя результатам расчета калькулятора, способен лишь технолог специализированного предприятия. Придется расчет, начиная концом:

  • Потрудитесь найти побольше сформованной электротехнической стали старого трансформатора.
  • Аккуратно измерить толщину пластин, другие размеры.
  • Прикинуть, размеры, конфигурацию сердечника магнитопровода.

Отыскиваем числом витков, площадь сечения жил. Учтите, встык сердечник собирают редко. Образуются воздушные зазоры, вызывающие потери магнитного поля. Чаще пластины кладутся внахлест. КПД трансформатора напрямую определяет качество сердечника. Попытаемся инструмент расчета вычленить. Заходим сюда http://www.skrutka.ru/sk/tekst.php?id=19. Видим возможность посчитать параметры трансформатора, исключая сердечник.

Оценить типичные цифры попробуем:

  1. Мощность задается косвенно через ток вторичной обмотки. Посчитаем ватты, умножив на напряжение (см. ниже).
  2. Дается индуктивность сердечника… Полагаем, недосмотр вебмастера, ошибка.

Онлайн-калькуляторам верим далеко не всегда. Взяв для основы расчета ресурс http://energo-novgorod.ru/calcs/calc-trans/, видим схожий результат. Наблюдает также отличие. Чему верить? Первый нюанс информационного сообщества: авторы ленятся объяснять предпосылки (исключая портал ВашТехник), процесс не гарантирует правдивый результат. Результат желания хозяев ресурсов преподнести аудитории дешевой блюдо. Второй ресурс, видимо, забывает учесть КПД, давая возможность выбрать параметры сердечника. Заданным целям подходит больше. Остается проверить доводы авторов. Придется поискать третью программу (калькулятор).

Указанный выше ресурс ощутимо является урезанным вариантом http://astar3.ucoz.ru/index/0-6. Объясняется, для приведенных размера магнитопровода, напряжений подбираются идеальные параметры. Отсутствует возможность выбрать мощность. Лишаясь удобства, получаем возможность понять, пригодностью найденного сердечника задуманным целям.

Был найден рабочий вариант программы Trans50Hz. Сеть кишит урезанными версиями. Ниже помещаем скрин приложения, адрес, позволяющий скачать для личного пользования: http://audio-cxem.ru/programmyi/raschet-transformatorov/programma-dlya-rascheta-silovyih-transformatorov-s-chastotoy-50-gts-trans50hz-3700.html. Важная информация, отсеете миллиард неработающих вариантов, бестолковых приложений. Не подозревали, что розыск пособий, показывающих, как рассчитать мощность трансформатора и параметры, настолько сложный. Неоднократно попадались тематические заметки, дотошно не проверялись.

Сборка трансформатора

Снабдив читателей подробной информацией, полностью спокойны. Добавим, интерфейс приложения предлагает выбрать один из пяти доступных вариантов сердечника. Читатели получают выбор.

Читайте также  Удельное сопротивление меди

Подберем лак. Предварительно очистим пластины от ржавчины. Подходят разные методики, придется перепробовать несколько. Обратите взоры средствам борьбы с накипью. Могут быть лимонная, уксусная кислоты, специальный descaler для чайников. Средства очистки монет вполне подходят, некоторые используют Комет (входит лимонная кислота). Иногда полезно воспользоваться шкуркой, болгаркой, шлифовальным диском. Главное, чтобы броневые пластины были очищены:

  1. Сок лайма смешать с солью, вымачивать сталь.
  2. Сода, щетка иногда помогают справиться.
  3. Намылить сталь, наложить сверху свежего резаного картофеля, выдержать часок-другой.
  4. Кило щавелевой кислоты идет ценой 890 рублей. Реактив пригоден целям очистки стали.
  5. Для настойчивых порекомендуем ортофосфорную кислоту, средство очистки бензобака авто. Риска меньше, шанс получить результат больше, нежели в борьбе с капризами иномарки. Средства часто называют преобразователями ржавчины. Найдете в магазине для автолюбителей.

Главное – промойте хорошенько детали, окончив операции. Дальше потребуется поработать с лаком, нужна идеальная чистота. Любители рекомендуют ПФ-238. Лак берите без ацетона. Способен повредить изоляцию проводов. Лаковая, растворяется ацетоном. Сообразно выбирайте материалы, конструируя сердечник. Лак КО 916 идет ценой порядка 330 рублей кг. Ходят слухи, для сборки стальных пластин магнитопровода трансформатора подходит идеально.

Способ ведения намотки определяет форма сердечника. Взять типичный прямоугольник с одной перемычкой по центру (пластины Ш), допустимо расположить первичную обмотку над вторичной. При этом желательно, чтобы высота после окончания операции была равномерной. Примерно оцените параметр, ориентируясь числом витков, сечением. Провод обычно берется с лаковой изоляцией. Программа Trans50Hz предлагает использовать марку ПЭТ-155 по-умолчанию. Полистайте listBox (выпадающий список), подыскивая нужные варианты.

Выбирайте трансформатор по предпочтению. Ознакомьтесь с существующими типоразмерами проводов. Найдите ГОСТ, посетите сайт производителя, пробежите прайс. Позволит точнее подобрать нужные параметры. Обзор заканчиваем, настоятельно рекомендуем посмотреть, как производится установка трансформаторов тока.

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.

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%.

Сами 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.