Как найти количество витков на трансформаторе

При необходимости самостоятельно изготовить устройство питания электронной аппаратуры вопрос, как самостоятельно рассчитать количество витков трансформатора и как определить данные для проводов первичной и вторичных обмоток, стоит наиболее часто.

Правильный расчет возможен при наличии исходных данных по характеристикам мощности потребителей, напряжений входа и выхода. показатели массы и габаритов устройства, также могут накладывать ограничения.

На что влияет количество витков в трансформаторе

Если говорить о вторичных обмотках трансформатора, то значение числа витков в них в основном влияет на выходное напряжение. Сложнее все обстоит с первичной обмоткой, поскольку напряжение на ней задано питающей сетью. Параметры первичная обмотка  оказывают влияние на ток холостого хода, а, следовательно, на коэффициент полезного действия. При изменении параметров первичной обмотки потребуется перерасчет всех вторичных обмоток.

И стоит заметить, что лучше не размыкать вторичную обмотку ТТ.

Методика расчета

Полный расчет трансформатора довольно сложен и учитывает такие параметры:

• напряжение и частоту питающей сети;
• число вторичных обмоток;
• ток потребления каждой вторичной обмотки;
• тип материала сердечника;
• массогабаритные показатели.

На бытовом уровне для изготовления устройств с питанием от стандартной сети 220В 50Гц, проектирование можно значительно упростить.

Методика не требует особенных знаний сложности, и при наличии опыта занимает немного времени.

Для расчета требуются следующие данные:

1. Количество выходов.
2. Напряжение и потребляемый ток каждой обмотки.

В основе конструирования любого трансформатора лежит суммарная мощность всех вторичных нагрузок:

P_с=I₁∙U₁+ I₂∙U₂+… I_n∙U_n

Для учета потерь введено понятие габаритной мощности, для вычисления которой применяется несложная  формула:

P=1.25∙ P_с

Зная мощность, можно определить сечение сердечника:

S=√P

Полученное значение сечения будет выражено в квадратных сантиметрах!

Дальнейшие расчеты зависят от типа и материала выбранного сердечника. Магнитопроводы бывают следующих типов:

• броневые;
• стержневые;
• О-образные.

Также различаются и способы изготовления магнитопроводов:

• наборные – из отдельных пластин;
• витые, разрезные или сплошные.

Разрезными обычно бывают броневые или стержневые магнитопроводы, а О-образные конструктивно выполняются исключительно цельные. В этом отношении они ничем не отличаются от не разрезных стержневых сердечников.

Для определения числа витков используют следующее соотношение, показывающее, сколько необходимо витков на 1 вольт напряжения:

W=K/S,

где К – коэффициент, который зависит от материала и типа сердечника.

Для упрощения вычислений приняты следующие значения коэффициента:

1. Для наборных магнитопроводов из Ш-или П-образных пластин К=60.
2. Для разрезных магнитопроводов К=50.
3. Для О-образных сердечников К=40.

Как видно, наименьшая длина обмоточного провода, а следовательно, и наилучшие массогабаритные показатели будут у О-образных сердечников. Кроме этого, конструкции с такими сердечниками имеют малое поле паразитного магнитного рассеивания и максимальный КПД. Их редко применяют только потому, что намотать обмотку на замкнутый сердечник трудно технически.

Зная параметр W, легко определить количество витков для каждой из обмоток:

n=U∙W

Для учета падения напряжения на первичной обмотке, намотанной большим количеством тонкого провода, следует увеличить количество витков в ней на 5%. Особенно это касается малогабаритных конструкций малой мощности.

Можно снизить ток холостого хода, увеличив значение W для каждой из обмоток, но следует знать, что чрезмерное увеличение может привести к  насыщению магнитопровода, что приведет к резкому увеличению тока холостого хода и снижению напряжения на выходе.

На заключительном этапе определяют диаметр проводников каждой обмотки. Формула расчета имеет следующий вид:

d=0.7√I

Определение диаметра обмоточного провода выполняют для всех без исключения обмоток.

Полученные значения округляют до ближайшего большего значения из стандартных диаметров проводов.

Альтернативный метод по габаритам

Ориентировочные параметры трансформатора, исходя из имеющегося в наличии сердечника, допускается определить иным путем., а затем сделать выводы о возможности дальнейшего использования.

Зная площадь сечения магнитопровода в квадратных сантиметрах, можно оценить максимальную мощность, которую способен обеспечить данный преобразователь:

P_Г=S²

Следует иметь в виду, что данная мощность является габаритной, а реальная будет иметь меньшее значение:

P=0.8 P_Г

Обычно, при условии соответствия расчетной мощности и требуемой, первичную обмотку, подключаемую в сеть 220 В, можно оставить нетронутой, заново рассчитав только параметры на выходах.

Использование мультиметра

Используя мультиметр, можно найти данные для пересчета обмоток имеющегося трансформатора. Для этого необходимо выполнить дополнительную катушку из любого имеющегося в наличии провода. После подключения устройства в сеть необходимо измерить напряжение на дополнительной катушке. Теперь можно легко подсчитать необходимое число витков на вольт и выполнить перерасчет трансформатора под нужные требования.

Таблица количества вольт на виток

Для того, чтобы постоянно не выполнять расчеты, можно воспользоваться таблицей, в которой приведены усредненные данные обмоток в зависимости от мощности:

Мощность, P	Сечение в см2, S	Количество вит. /В, W	Мощность, P	Сечение в см2, S	Количество вит. /В, W
1	1.4	32	50	9.0	5.0
2	2.1	21	60	9.8	4.6
5	3.6	13	70	10.3	4.3
10	4.6	9.8	80	11.0	4.1
15	5.5	8.4	90	11.7	3.9
20	6.2	7.3	100	12.3	3.7
25	6.6	6.7	120	13.4	3.4
30	7.3	6.2	150	15.0	3.0
40	8.3	5.4	200	17.3	2.6

Примеры реальных расчетов

В качестве примера рассчитаем трансформатор питания для зарядного устройства. Исходные данные:

• напряжение сети – 220В;
• выходное напряжение – 14В;
• ток вторичной обмотки – 10А;

Используя выходные параметры, определяем мощность вторичной обмотки: P=14∙10=140 Вт

Габаритная мощность: P=1.25∙ 140=175 Вт.

Площадь сечения магнитопровода сердечника составит: S=√175=13.3 см²

Наилучшими параметрами обладают конструкции, у которых сечение сердечника приближается к квадратному. Таким образом выбираем ленточный бронепровод с размерами сердечника 3.5х4 см. Его площадь равняется 14 см².

Для данного сердечника К=50. Таким образом: W=50/14=3.6 вит/вольт

Для обмоток общее количество витков равняется:

• первичная обмотка n₁=220∙3.6= 792 витка;
• вторичная обмотка n₂=14∙3.6=50 витков.

Поскольку трансформатор мощный, то падение напряжения на первичной обмотке можно не учитывать.

Определяем диаметр обмоточных проводов: d₂=0.7√10=2.2 мм.

Ближайшее стандартное значение – 2.4 мм.

Для нахождения диаметра провода первичной обмотки найдем ток через нее: I=P/U=175/220=0.8А.

Данному току соответствует диаметр: d₁=0.7√0.8=0.63 мм.

Ближайшее стандартное значение имеет как раз такое значение.

Более углубленный расчет предполагает оценку коэффициента заполнения свободного окна магнитопровода. Большое значение числа вторичных обмоток может не поместиться в свободном окне, тогда необходимо будет выбрать более мощный сердечник. При слишком свободном размещении обмоток ухудшается КПД устройства, увеличивается магнитное поле рассеивания. Однако, как показывает практика, при правильном выборе сечения сердечника подобные расчеты становятся излишними.

В статье речь пойдёт об обычных, «железных» трансформаторах (не путать с импульсными устройствами на ферритовых сердечниках).

Несмотря на большие габариты и массу, такие трансформаторы продолжают использоваться довольно широко, особенно в качественной звуковой аппаратуре. Они не дают высокочастотных наводок, надёжны и менее «капризны» в эксплуатации.

Как определить обмотки трансформатора?

Если у вас есть трансформатор и напряжения его обмоток не известны (в частности – неизвестно, где первичная обмотка), то определить это не сложно самому с помощью обычного тестера.

Измеряем последовательно сопротивления всех обмоток. Для этого подключаем один щуп тестера (омметра) к любому проводу, а вторым щупом касаемся поочерёдно всех остальных проводов. Таким образом мы сможем найти отдельную обмотку, она может содержать два или более выводов (рис.1). Записываем (запоминаем) сопротивление этой обмотки и продолжаем таким же образом поиск остальных обмоток.

Как правило, сетевая обмотка (~220 вольт) имеет самое высокое сопротивления из всех остальных, имеющихся на трансформаторе (если это понижающий, а не повышающий трансформатор).

Чтобы убедиться в правильности определения сетевой обмотки, нужно включить её в сеть 220 вольт через предохранитель с током до 1 ампера и оставить на некоторое время, контролируя температуру трансформатора. При правильном определении и подключении обмотки трансформатор, если он исправен, не должен нагреваться без нагрузки.

Затем можно определить напряжения остальных обмоток. Включаем тестер в режим измерения переменного напряжения (сначала ставим на максимальный предел измерений, например 1000 вольт) и последовательно замеряем напряжения между всеми оставшимися проводами (или клеммами) трансформатора.

Как определить максимальный ток обмотки трансформатора

Максимальный выходной ток трансформатора можно определить, подключая к его вторичной обмотке нагрузки разных значений. Если у вас нет прибора, измеряющего значение переменного тока, следует подключать нагрузку через выпрямитель.

В простейшем случае это может быть любой выпрямительный диод, рассчитанный на рабочее напряжение не ниже, чем напряжение на обмотке, например КД226, 1N4001 — 1N4007 и подобные (рис.2). Изменяя сопротивление нагрузки и контролируя напряжение на обмотке, определяем максимальный ток, при котором напряжение начинает «просаживаться».

В качестве нагрузки удобно взять мощный проволочный переменный резистор, или же использовать набор из отдельных резисторов разных сопротивлений, подключая их поочерёдно. Резисторы должны иметь сопротивления в пределах от единиц до нескольких десятков Ом и быть рассчитаны на мощность от 10 ватт или больше. В любом случае измерения следует производить быстро, не давая резисторам чрезмерно нагреваться (если они не большой мощности).

Как определить количество витков обмотки трансформатора?

Количество витков провода обмотки можно с достаточной точностью определить по упрощённой формуле: n = 50/S. Здесь «n» — количество витков, «50» — частота сети (220 вольт, 50 Гц), «S» — площадь сечения сердечника трансформатора (в квадратных сантиметрах).

Чтобы определить значение «S», нужно измерить длину и ширину поперечника средней части сердечника, на который надета катушка с обмотками. Измерять следует в сантиметрах и затем перемножить эти значения, получив площадь сечения, также. в квадратных сантиметрах.

Определить нужное количество витков обмотки можно и опытным путём.
Для этого следует поверх всех обмоток намотать, например, 10 витков любого провода (если это позволяет конструкция трансформатора) и измерить напряжение на этой «временной» обмотке. Исходя из полученного значения, легко будет рассчитать и количество витков для получения необходимого напряжения обмотки.

Как рассчитать количество витков и диаметр провода обмоткок трнасформатора? FAQ Часть 3

Как рассчитать количество витков и диаметр провода обмоткок трнасформатора? FAQ Часть 3

В статье Вы найдёте формулы для самого простого расчёта габаритной мощности, количества витков и диаметра провода силового трансформатора. Каждый расчёт дополнен наглядным примером.

Самые интересные ролики на Youtube

Близкие темы.

Блок питания для усилителя низкой частоты из доступных деталей. УНЧ, часть 3.

Как подружить Блокнот с Калькулятором Windows, чтобы облегчить расчёты?

Оглавление статьи.

1. Как определить необходимую мощность силового трансформатора для питания УНЧ?
2. Какую схему питания УНЧ выбрать?
3. Расчёт выходного напряжения (переменного тока) трансформатора работающего на холостом ходу или без существенной нагрузки.
4. Расчёт напряжения (постоянного тока) на выходе блока питания работающего при максимальной нагрузке.
5. Типы магнитопроводов силовых трансформаторов.
6. Как определить габаритную мощность трансформатора?
7. Где взять исходный трансформатор?
8. Как подключить неизвестный трансформатор к сети?
9. Как сфазировать обмотки трансформатора?
10. Как определить количество витков вторичной обмотки?
11. Как рассчитать диаметр провода для любой обмотки?
12. Как измерить диаметр провода?
13. Как рассчитать количество витков первичной обмотки?
14. Как разобрать и собрать трансформатор?
15. Как намотать трансформатор?
16. Как закрепить выводы обмоток трансформатора?
17. Как изменить напряжение на вторичной обмотке не разбирая трансформатор?
18. Программы для расчёта силовых трансформаторов.
19. Дополнительные материалы к статье.

Страницы
1
2
3
4

Как определить количество витков вторичной обмотки?

Для расчёта количества витков вторичной обмотки необходимо знать, сколько витков приходится на один Вольт. Если количество витков первичной обмотки неизвестно, то это значение можно получить одним из предложенных ниже способов.

Первый способ.

Перед удалением вторичных обмоток с каркаса трансформатора, нужно замерить на холостом ходу (без нагрузки) напряжение сети и напряжение на одной из самых длинных вторичных обмоток. При размотке вторичных обмоток, нужно посчитать количество витков той обмотки, на которой был произведён замер.

Имея эти данные, можно легко рассчитать, сколько витков провода приходится на один Вольт напряжения.

Второй способ.

Этот способ можно применить, когда вторичная обмотка уже удалена, а количество витков не посчитано. Тогда можно намотать в качестве вторичной обмотки 50 -100 витков любого провода и сделать необходимые замеры. То же самое можно сделать, если используется трансформатор, имеющий всего несколько витков во вторичной обмотке, например, трансформатор для точечной сварки. Тогда временная измерительная обмотка позволит значительно увеличить точность расчётов.

Когда данные получены, можно воспользоваться простой формулой:

ω1 / U1 = ω 2 / U2

ω 1 – количество витков в первичной обмотке,

ω 2 – количество витков во вторичной обмотке,

U1 – напряжение на первичной обмотке,

U2 – напряжение на вторичной обмотке.

Пример:

Я раздобыл вот такой трансформатор без вторичной обмотки и опознавательных знаков.

Намотал в качестве временной вторичной обмотки – 100 витков.

Намотал я эту обмотку тонким проводом, который не жалко и которого у меня больше всего. Намотал «в навал», что значит, как попало.

Результаты теста.

Напряжение сети во время замера – 216 Вольт.

Напряжение на вторичной обмотке – 20,19 Вольт.

Определяем количество витков на вольт при 216V:

100 / 20,19 = 4,953 вит./Вольт

Здесь на точности не стоит экономить, так как погрешность набегает при замерах. Благо, считаем-то не на бумажке.

Рассчитываем число витков первичной обмотки:

4,953 * 216 = 1070 вит.

Теперь можно определить количество витков на вольт при 220V.

1070 / 220 = 4,864 вит./Вольт

Рассчитываем количество витков во вторичных обмотках.

Для моего трансформатора нужно рассчитать три обмотки. Две одинаковые «III» и «IV» по 12,8 Вольт и одну «II» на 14,3 Вольта.

4,864 * 12,8 = 62 вит.

4,864 * 14,3 = 70 вит.

Вернуться наверх к меню

Как рассчитать диаметр провода для любой обмотки?

Чем толще, тем лучше, но с условием, что он поместится в окно магнитопровода. Если окно небольшое, то желательно посчитать ток каждой наматываемой обмотки, чтобы подобрать оптимальный диаметр провода из имеющихся в наличии.

Рассчитать ток катушки можно по формуле:

I = P / U

I – ток обмотки,

P – мощность потребляемая от данной обмотки,

U – действующее напряжение данной обмотки.

Например, у меня потребляемая мощность 31 Ватт и вся она будет отдаваться катушками “III” и “IV”.

31 / (12,8+12,8) = 1,2 Ампер

Диаметр провода можно вычислить по формуле:

D = 1,13 √(I / j)

D – диаметр провода в мм,

I – ток обмотки в Амперах,

j – плотность тока в Ампер/мм².

При этом плотность тока можно выбрать по таблице.

Конструкция трансформатора	Плотность тока (а/мм2) при мощности трансформатора (Вт)
5-10	10-50	50-150	150-300	300-1000
Однокаркасная	3,0-4,0	2,5-3,0	2,0-2,5	1,7-2,0	1,4-1,7
Двухкаркасная	3,5-4,0	2,7-3,5	2,4-2,7	2,0-2,5	1,7-2,3
Кольцевая	4,5-5,0	4,0-4,5	3,5-4,5	3,0-3,5	2,5-3,0

Пример:

Ток, протекающий через катушки «III» и «IV» – 1,2 Ампера.

А плотность тока я выбрал – 2,5 А/ мм².

1,13√ (1,2 / 2,5) = 0,78 мм

У меня нет провода диаметром 0,78 мм, но зато есть провод диаметром 1,0мм. Поэтому, я на всякий случай посчитаю, хватит ли мне места для этих катушек.

На картинке два варианта конструкции каркаса: А – обычная, В– секционная.

1. Количество витков в одном слое.
2. Количество слоёв.

Ширина моего несекционированного каркаса 40мм.

Мне нужно намотать 124 витка проводом 1,0 мм, у которого диаметр с изоляцией равен 1,08 мм. Таких обмоток требуется две.

124 * 1,08 * 1,1 : 40 ≈ 3,68 слоя

1,1 – коэффициент. На практике, при расчёте заполнения нужно прибавить 10 – 20% к полученному результату. Я буду мотать аккуратно, виток к витку, поэтому добавил 10%.

Получилось 4 слоя провода диаметром 1,08мм. Хотя, последний, четвёртый слой заполнен только на несколько процентов.

Определяем толщину обмотки:

1,08 * 4 ≈ 4,5 мм

У меня в распоряжении 9мм глубины каркаса, а значит, обмотка влезет и ещё останется свободное место.

Ток катушки “II” вряд ли будет больше чем – 100мА.

1,13√ (0,1 / 2,5) = 0,23 мм

Диметр провода катушки “II” – 0,23мм.

Это малюсенькая по заполнению окна обмоточка и её можно даже не принимать в расчёт, когда остаётся так много свободного места.

Конечно, на практике у радиолюбителя выбор проводов невелик. Если нет провода подходящего сечения, то можно намотать обмотку сразу несколькими проводами меньшего диаметра. Только, чтобы не возникло перетоков, мотать нужно одновременно двумя, тремя или даже четырьмя проводами. Перетоки, возникают тогда, когда есть даже незначительные отклонения в длине обмоток соединённых параллельно. При этом, из-за разности напряжений, возникает ток, который греет обмотки и создаёт лишние потери.

Перед намоткой в несколько проводов, сначала нужно посчитать длину провода обмотки, а затем разрезать провод на требуемые куски.

Длина проводов будет равна:

L = p * ω * 1,2

L – длина провода,

p – периметр каркаса в середине намотки,

ω – количество витков,

1,2* – коэффициент.

* Укладывать обмотку при намотке в несколько проводов сложно и утомительно, поэтому лучше перестраховаться и использовать этот коэффициент, компенсирующий ошибки расчёта и неаккуратной укладки.

Толстый провод необходимо мотать виток к витку, а более тонкие провода можно намотать и в навал. Главное, чтобы обмотка поместилась в окно магнитопровода.

Если намотка производится аккуратно без повреждения изоляции, то никаких прокладок между слоями можно не применять, так как, при постройке УНЧ средней мощности, большие напряжения не используются. Изоляция же обмоточного провода рассчитана на напряжение в сотни вольт. Чем толще провод, тем выше пробивное напряжение изоляции провода. У тонкого провода пробивное напряжение изоляции около 400 Вольт, а у толстого может достигать 2000 Вольт.

Закрепить конец провода можно обычными нитками.

Если при удалении вторичной обмотки повредилась межобмоточная изоляция, защищающая первичную обмотку, то её нужно обязательно восстановить. Тут можно применить плотную бумагу или тонкий картон. Не рекомендуется использовать всякие синтетические материалы вроде скотча, изоленты и им подобные.

Если катушка разделена на секции для первичных и вторичных обмоток, то тогда и вовсе можно обойтись без изоляционных прокладок.

Вернуться наверх к меню

Как измерить диаметр провода.

Если у Вас дома завалялся микрометр, то можно им замерить диаметр провода.

Провод сначала лучше прогреть на пламени спички и лишь потом скальпелем удалить ослабленную изоляцию. Если этого не сделать, то вместе с изоляцией можно удалить и часть меди, что снизит точность измерения особенно для тонкого провода.

Если микрометра нет, то можно воспользоваться обыкновенной линейкой. Нужно намотать на жало отвёртки или на другую подходящую ось 100 витков провода, сжать витки ногтем и приложить полученный набор к линейке.
Разделив полученный результат на 100, получим диаметр провода с изоляцией. Узнать диметр провода по меди можно из таблицы приведённой ниже.

Пример.

Я намотал 100 витков провода и получил длину набора –39 мм.

39 / 100 = 0,39 мм

По таблице определяю диметр провода по меди – 0,35мм.

Таблица данных обмоточных проводов.

Диаметр без изоляции, мм	Сечение меди, мм²	Сопротив-ление 1м при 20ºС, Ом	Допустимая нагрузка при плотности тока 2А/мм²	Диаметр с изоляцией, мм	Вес 100м с изоляцией, гр
0,03	0,0007	24,704	0,0014	0,045	0,8
0,04	0,0013	13,92	0,0026	0,055	1,3
0,05	0,002	9,29	0,004	0,065	1,9
0,06	0,0028	6,44	0,0057	0,075	2,7
0,07	0,0039	4,73	0,0077	0,085	3,6
0,08	0,005	3,63	0,0101	0,095	4,7
0,09	0,0064	2,86	0,0127	0,105	5,9
0,1	0,0079	2,23	0,0157	0,12	7,3
0,11	0,0095	1,85	0,019	0,13	8,8
0,12	0,0113	1,55	0,0226	0,14	10,4
0,13	0,0133	1,32	0,0266	0,15	12,2
0,14	0,0154	1,14	0,0308	0,16	14,1
0,15	0,0177	0,99	0,0354	0,17	16,2
0,16	0,0201	0,873	0,0402	0,18	18,4
0,17	0,0227	0,773	0,0454	0,19	20,8
0,18	0,0255	0,688	0,051	0,2	23,3
0,19	0,0284	0,618	0,0568	0,21	25,9
0,2	0,0314	0,558	0,0628	0,225	28,7
0,21	0,0346	0,507	0,0692	0,235	31,6
0,23	0,0416	0,423	0,0832	0,255	37,8
0,25	0,0491	0,357	0,0982	0,275	44,6
0,27	0,0573	0,306	0,115	0,31	52,2
0,29	0,0661	0,2бб	0,132	0,33	60,1
0,31	0,0755	0,233	0,151	0,35	68,9
0,33	0,0855	0,205	0,171	0,37	78
0,35	0,0962	0,182	0,192	0,39	87,6
0,38	0,1134	0,155	0,226	0,42	103
0,41	0,132	0,133	0,264	0,45	120
0,44	0,1521	0,115	0,304	0,49	138
0,47	0,1735	0,101	0,346	0,52	157
0,49	0,1885	0,0931	0,378	0,54	171
0,51	0,2043	0,0859	0,408	0,56	185
0,53	0,2206	0,0795	0,441	0,58	200
0,55	0,2376	0,0737	0,476	0,6	216
0,57	0,2552	0,0687	0,51	0,62	230
0,59	0,2734	0,0641	0,547	0,64	248
0,62	0,3019	0,058	0,604	0,67	273
0,64	0,3217	0,0545	0,644	0,69	291
0,67	0,3526	0,0497	0,705	0,72	319
0,69	0,3739	0,0469	0,748	0,74	338
0,72	0,4072	0,043	0,814	0,78	367
0,74	0,4301	0,0407	0,86	0,8	390
0,77	0,4657	0,0376	0,93	0,83	421
0,8	0,5027	0,0348	1,005	0,86	455
0,83	0,5411	0,0324	1,082	0,89	489
0.86	0,5809	0,0301	1,16	0,92	525
0,9	0,6362	0,0275	1,27	0,96	574
0,93	0,6793	0,0258	1,36	0,99	613
0,96	0,7238	0,0242	1,45	1,02	653
1	0,7854	0,0224	1,57	1,07	710
1,04	0,8495	0,0206	1,7	1,12	764
1,08	0,9161	0,0191	1,83	1,16	827
1,12	0,9852	0,0178	1,97	1,2	886
1,16	1,057	0,0166	2,114	1,24	953
1,2	1,131	0,0155	2,26	1,28	1020
1,25	1,227	0,0143	2,45	1,33	1110
1,3	1,327	0,0132	2,654	1,38	1190
1,35	1,431	0,0123	2,86	1,43	1290
1,4	1,539	0,0113	3,078	1,48	1390
1,45	1,651	0,0106	3,3	1,53	1490
1,5	1,767	0,0098	3,534	1,58	1590
1,56	1,911	0,0092	3,822	1,64	1720
1,62	2,061	0,0085	4,122	1,71	1850
1,68	2,217	0,0079	4,433	1,77	1990
1,74	2,378	0,0074	4,756	1,83	2140
1,81	2,573	0,0068	5,146	1,9	2310
1,88	2,777	0,0063	5,555	1,97	2490
1,95	2,987	0,0059	5,98	2,04	2680
2,02	3,205	0,0055	6,409	2,12	2890
2,1	3,464	0,0051	6,92	2,2	3110
2,26	4,012	0,0044	8,023	2,36	3620
2,44	4,676	0,0037	9,352	2,54	4220

Вернуться наверх к меню

Как рассчитать количество витков первичной обмотки?

Да сих пор мы исходили из посыла, что первичная обмотка цела. А что делать, если она оказалась оборванной или сгоревшей дотла?

Оборванную обмотку можно размотать, восстановить обрыв и намотать заново. А вот сгоревшую обмотку придётся перемотать новым проводом.

Конечно, самый простой способ, это при удалении первичной обмотки посчитать количество витков.

Если нет счётчика, а Вы, как и я, используете приспособление на основе ручной дрели, то можно вычислить величину редукции дрели и посчитать количество полных оборотов ручки дрели. До тех пор, пока мне не подвернулся на базаре счётчик оборотов, я так и делал.

Но, если обмотка сильно повреждена или её вообще нет, то можно рассчитать количество витков по приведённой формуле. Эта формула валидна для частоты 50 Герц.

ω = 44 / (T * S)

ω – число витков на один вольт,

44 – постоянный коэффициент,

T – величина индукции в Тесла,

S – сечение магнитопровода в квадратных сантиметрах.

Пример.

Сечение моего магнитопровода – 6,25см².

Магнитопровод витой, броневой, поэтому я выбираю индукцию 1,5 Т.

44 / (1,5 * 6,25) = 4,693 вит./вольт

Определяем количество витков первичной обмотки с учётом максимального напряжения сети:

4,693 * 220 * 1,05 = 1084 вит.

Допустимые отклонение напряжения сети принятые в большинстве стран: -10… +5%. Отсюда и коэффициент 1,05.

Величину индукции можно определить по таблице.

Тип магнитопровода	Магнитная индукция max (Тл) при мощности трансформатора (Вт)
5-15	15-50	50-150	150-300	300-1000
Броневой штампованный	1,1-1,3	1,3	1,3-1,35	1,35	1,35-1,2
Броневой витой	1,55	1,65	1,65	1,65	1,65
Тороидальный витой	1,7	1,7	1,7	1,65	1,6

Не стоит использовать максимальное значение индукции, так как оно может сильно отличаться для магнитопроводов различного качества.

Вернуться наверх к меню

Страницы
1
2
3
4

Простейший расчет силового трансформатора позволяет
найти сечение сердечника, число витков в обмотках и диаметр
провода. Переменное напряжение в сети бывает 220 В, реже 127 В и
совсем редко 110 В. Для транзисторных схем нужно постоянное напряжение 10 – 15 В, в
некоторых случаях, например для мощных выходных каскадов усилителей НЧ – 25÷50 В. Для питания анодных и экранных цепей электронных
ламп чаще всего используют постоянное напряжение 150 – 300 В, для
питания накальных цепей ламп переменное
напряжение 6,3 В. Все напряжения, необходимые для какого-либо
устройства, получают от одного трансформатора, который называют
силовым.

Силовой трансформатор выполняется на разборном
стальном сердечнике из изолированных друг от друга тонких
Ш-образных, реже П-образных пластин, а так же вытыми ленточными
сердечниками типа ШЛ и ПЛ (Рис. 1).

Его размеры, а точнее, площадь сечения средней части
сердечника выбираются с учетом общей мощности, которую
трансформатор должен передать из сети всем своим потребителям.

Упрощенный расчет устанавливает такую зависимость:
сечение сердечника S в см², возведенное в квадрат, дает общую
мощность трансформатора в Вт.

Например, трансформатор с сердечником, имеющим
стороны 3 см и 2 см (пластины типа Ш-20, толщина набора 30 мм), то
есть с площадью сечения сердечника 6 см², может потреблять от сети
и “перерабатывать” мощность 36 Вт. Это упрощенный расчет дает
вполне приемлемые результаты. И наоборот, если для питания электрического устройства нужна
мощность 36 Вт, то извлекая квадратный корень из 36, узнаем, что
сечение сердечника должно быть 6 см².

Например, должен быть собран из пластин Ш-20 при
толщине набора 30 мм, или из пластин Ш-30 при толщине набора 20 мм,
или из пластин Ш-24 при толщине набора 25 мм и так далее.

Сечение сердечника нужно согласовать с мощностью для
того, чтобы сталь сердечника не попадала в область магнитного
насыщения. А отсюда вывод: сечение всегда можно брать с избытком,
скажем, вместо 6 см² взять сердечник сечением 8 см² или 10 см².
Хуже от этого не будет. А вот взять сердечник с сечением меньше
расчетного уже нельзя т. к. сердечник попадет в область насыщения,
а индуктивность его обмоток уменьшится, упадет их индуктивное
сопротивление, увеличатся токи, трансформатор перегреется и выйдет
из строя.

В силовом трансформаторе несколько обмоток.
Во-первых, сетевая, включаемая в сеть с напряжением 220 В, она же
первичная.

Кроме сетевых обмоток, в сетевом трансформаторе может
быть несколько вторичных, каждая на свое напряжение. В
трансформаторе для питания ламповых схем обычно две обмотки — накальная на 6,3 В и
повышающая для анодного выпрямителя. В трансформаторе для питания транзисторных схем чаще всего одна обмотка, которая питает
один выпрямитель. Если на какой-либо каскад или узел схемы нужно подать пониженное напряжение, то
его получают от того же выпрямителя с помощью гасящего резистора
или делителя напряжения.

Число витков в обмотках определяется по важной
характеристике трансформатора, которая называется “число витков на
вольт”, и зависит от сечения сердечника, его материала, от сорта
стали. Для распространенных типов стали можно найти “число витков
на вольт”, разделив 50—70 на сечение сердечника в см:

Так, если взять сердечник с сечением 6 см², то для него
получится “число витков на вольт” примерно 10.

Число витков первичной обмотки трансформатора определяется по
формуле:

Это значит, что первичная обмотка на напряжение 220 В
будет иметь 2200 витков.

Число витков вторичной обмотки определяется формулой:

Если понадобится вторичная обмотка на 20 В, то в ней будет 240
витков.

Теперь выбираем намоточный провод. Для
трансформаторов используют медный провод с тонкой эмалевой
изоляцией (ПЭЛ или ПЭВ). Диаметр провода рассчитывается из
соображений малых потерь энергии в самом трансформаторе и хорошего
отвода тепла по формуле:

Если взять слишком тонкий провод, то он, во-первых,
будет обладать большим сопротивлением и выделять значительную
тепловую мощность.

Так, если принять ток первичной обмотки 0,15 А, то провод
нужно взять 0,29 мм.

Расчет
силового трансформатора

Трансформатор
– это пассивный преобразователь энергии.
Его коэффициент полезного действия
(КПД) всегда меньше единицы. Это означает,
что мощность потребляемая нагрузкой,
которая подключена к вторичной обмотке
трансформатора, меньше, чем мощность,
потребляемая нагруженным трансформатором
от сети. Известно, что мощность равна
произведению силы тока на напряжение,
следовательно, в повышающих обмотках
сила тока меньше, а в понижающих –
больше силы тока, потребляемого
трансформатором от сети.

Параметры
и характеристики трансформатора.

Два разных
трансформатора при одинаковом напряжении
сети могут быть рассчитаны на получение
одинаковых напряжений вторичных обмоток.
Но если нагрузка первого трансформатора
потребляет больший ток, а второго
маленький, значит, первый трансформатор
характеризуется по сравнению со вторым
большей мощностью. Чем больше сила тока
в обмотках трансформатора, тем больше
и магнитный поток в его сердечнике,
поэтому сердечник должен быть толще.
Кроме того, чем больше сила тока в
обмотке, тем более толстым проводом она
должна быть намотана, а это требует
увеличения окна сердечника. Поэтому
габариты трансформатора зависят от его
мощности. И наоборот, сердечник
определенного размера пригоден для
изготовления трансформатора только до
определенной мощности, которая называется
габаритной мощностью трансформатора.
Количество витков вторичной обмотки
трансформатора определяет напряжение
на ее выводах. Но это напряжение зависит
также и от количества витков первичной
обмотки. При определенном значении
напряжения питания первичной обмотки
напряжение вторичной зависит от
отношения количества витков вторичной
обмотки количеству витков первичной.
Это отношение и называется коэффициентом
трансформации. Если напряжение на
вторичной обмотке зависит от коэффициента
трансформации нельзя произвольно
выбирать количество витков одной из
обмоток. Чем меньше габариты сердечника,
тем больше должно быть количество витков
каждой обмотки. Поэтому размеру сердечника
трансформатора соответствует вполне
определенное количество витков его
обмоток, приходящееся на один вольт
напряжения, меньше которого брать
нельзя. Эта характеристика называется
количеством витков на один вольт..

Как и всякий
преобразователь энергии, трансформатор
обладает коэффициентом полезного
действия – отношением мощности,
потребляемой нагрузкой трансформатора,
к мощности, которую нагруженный
трансформатор потребляет от сети. КПД
маломощных трансформаторов, которые
обычно применяются для питания бытовой
электронной аппаратуры, колеблется в
пределах от 0,8 до 0,95. Более высокие
значения имеют трансформаторы большей
мощности.

Электрический
расчет трансформатора

Перед
расчетом трансформатора необходимо
сформулировать требования, которым он
должен удовлетворять. Они и будут
являться исходными данными для расчета.
Технические требования к трансформатору
определяются также путем расчета, в
результате которого определяются те
напряжения и токи, которые должны быть
обеспечены вторичными обмотками. Поэтому
перед расчетом трансформатора производится
расчет выпрямителя для определения
напряжений каждой из вторичных обмоток
и потребляемых от этих обмоток токов.
Если же напряжения и токи каждой из
обмоток трансформатора уже известны,
то они являются техническими требованиями
к трансформатору. Для определения
габаритной мощности трансформатора
необходимо определить мощности,
потребляемые от каждой из вторичных
обмоток и сложить их, учитывая также
КПД трансформатора. Мощность, потребляемую
от любой обмотки, определяют умножением
напряжения между выводами этой обмотки
на силу потребляемого от нее тока:

P
= UI,

P
– мощность, потребляемая от обмотки,
Вт;

U
– эффективное значение напряжения,
снимаемого с этой обмотки, В;

I
– эффективное значение силы тока,
протекающего в этой же обмотке, А.

Суммарная
мощность, потребляемая, например, тремя
вторичными обмотками, вычисляется по
формуле:

P_S
= U₁I₁+U₂I₂+U₃I₃

Для определения
габаритной мощности трансформатора,
полученное значение суммарной мощности
P_S
нужно разделить на КПД трансформатора:
P_г =
,
где

P_г
– габаритная мощность трансформатора;
η
– КПД трансформатора.

Заранее
рассчитать КПД трансформатора нельзя,
так как для этого нужно знать величину
потерь энергии в обмотках и в сердечнике,
которые зависят от параметров самих
обмоток (диаметры проводов и их длина)
и параметров сердечника (длина магнитной
силовой линии и марка стали). И те и
другие параметры становятся известными
только после расчета трансформатора.
Поэтому с достаточной для практического
расчета точностью КПД трансформатора
можно определить из таблицы 6.1.

Таблица
6.1

Суммарная мощность, Вт	10-20	20-40	40-100	100-300
КПД трансформатора	0,8	0,85	0,88	0,92

Наиболее
распространены две формы сердечника:
О – образная и Ш – образная. На сердечнике
О – образной формы обычно располагаются
две катушки, а на сердечнике Ш – образной
формы – одна. Зная габаритную мощность
трансформатора, находят сечение рабочего
керна его сердечника, на котором находится
катушка:

S
= 1,2

Сечением
рабочего керна сердечника является
произведение ширины рабочего керна а
и толщины пакета с. Размеры а и с выражены
в сантиметрах, а сечение – в квадратных
сантиметрах.

После этого
выбирают тип пластин трансформаторной
стали и определяют толщину пакета
сердечника. Сначала находят приблизительную
ширину рабочего керна сердечника по
формуле: a = 0,8

Затем по
полученному значению а производят выбор
типа пластин трансформаторной стали
из числа имеющихся в наличии и находят
фактическую ширину рабочего керна а.
после чего определяют толщину пакета
сердечника с:

c
= S/a

Количество
витков , приходящихся на 1 вольт напряжения,
определяется сечением рабочего керна
сердечника трансформатора по формуле:
n = k/S,
где N – количество витков
на 1 В; k – коэффициент,
определяемый свойствами сердечника; S
– сечение рабочего керна сердечника,
см².

Из приведенной
формулы видно, что чем меньше коэффициент
k, тем меньше витков будут
иметь все обмотки трансформатора. Однако
произвольно выбирать коэффициент k
нельзя. Его значение обычно лежит в
пределах от 35 до 60. В первую очередь оно
зависит от свойств пластин трансформаторной
стали, из которых собран сердечник. Для
сердечников С-образной формы, витых из
тонкой ленты, можно брать k
= 35. Если используется сердечник О –
образной формы, собранный из П- или Г –
образных пластин без отверстий по углам,
берут k = 40. Такое же значение
k и для пластин типа УШ,
у которых ширина боковых кернов больше
половины ширины среднего керна.. Если
используются пластины типа Ш без
отверстий по углам, у которых ширина
среднего керна ровно вдвое больше ширины
крайних кернов, целесообразно взять k
= 45, а если Ш – образные пластины имеют
отверстия, то k = 50. Таки
образом, выбор k в
значительной мере условен и им можно в
некоторых пределах варьировать, если
учесть, что уменьшение k
облегчает намотку, но ужесточает режим
трансформатора. При применении пластин
из высококачественной трансформаторной
стали этот коэффициент можно немного
уменьшать, а при низком качестве стали
приходится его увеличивать.

Зная
необходимое напряжение каждой обмотки
и количество витков на 1 В, легко определить
количество витков обмотки, перемножим
эти величины: W = Un

Такое
соотношение справедливо только для
первичной обмотки, а при определении
количества витков вторичных обмоток
нужно дополнительно вводить приближенную
поправку для учета падения напряжения
на самой обмотке от протекающего по ее
проводу тока нагрузки: W
= mUn

Коэффициент
m зависит от силы тока,
протекающего по данной обмотке (см.
таблицу 6.2). Если сила тока меньше 0,2 А,
можно принимать m = 1.
Толщина провода, которым наматывается
обмотка трансформатора определяется
силой тока, протекающей по этой обмотке.
Чем больше ток, тем толще должен быть
провод, подобно тому как для увеличения
потока воды требуется использовать
более толстую трубу. От толщины провода
зависит сопротивление обмотки. Чем
тоньше провод, тем больше сопротивление
обмотки, следовательно, увеличивается
выделяемая в ней мощность и она сильнее
нагревается. Для каждого типа обмоточного
провода существует предел допустимого
нагрева, который зависит от свойств
эмалевой изоляции. Поэтому диаметр
провода может быть определен по формуле:
d = p,
где d – диаметр провода
по меди, м; I – сила тока в
обмотке, А; p – коэффициент,
(таблица 6.3) который учитывает допустимый
нагрев той или иной марки провода.

Таблица
6.2: Определение коэффициента m

Сила тока вторичной обмотки, А	0,2 – 0,5	0,5 – 1,0	1,0 – 2,0	2,0 – 4,0
m	1,02	1,03	1,04	1,06

Таблица
6.3: Выбор диаметра провода.

Марка провода	ПЭЛ	ПЭВ-1	ПЭВ-2	ПЭТ
p	0,8	0,72	0,69	0,65

Выбрав
коэффициент p можно
определить диаметр провода каждой
обмотки. Найденное значение диаметра
округляют до большего стандартного.

Сила тока
в первичной обмотке определяется с
учетом габаритной мощности трансформатора
и напряжения сети:

I
= P_г/U

Практическая
работа:

Рассчитать
трансформатор, имеющий три вторичные
обмотки с учетом следующих исходных
данных:

U₁
= 6,3 В, I₁ = 1,5 А; U₂
= 12 В, I₂ = 0,3 А; U₃
= 120 В, I₃ = 59 мА

Ход
работы:

1. Найти
   суммарную мощность, потребляемую от
   вторичных обмоток: P_s

2. Из
   таблицы 6.1 найти КПД трансформатора и
   определить его габаритную мощность:
   P_г

3. Найти
   сечение сердечника трансформатора: S

4. Найти
   приближенное значение ширины рабочего
   керна: a

5. Используя
   найденное значение ширины рабочего
   керна найти толщину пакета: с

6. Определить
   фактическое сечение рабочего керна
   сердечника: S_ф = ac

7. Считая,
   что используются пластины трансформаторной
   стали типа Ш-19 без отверстий по углам,
   взять k = 45.

8. Найти
   количество витков на 1В: n
   = k/S_Ф,
   где S_ф – фактическое
   сечение рабочего керна сердечника.

9. Определить
   количество витков первичной обмотки
   при питании от сети напряжением 127 В:
   W_I

10. Определить
    количество витков первичной обмотки
    при питании от сети напряжением 220 В:W_II

11. Определить
    количество витков дополнительной
    секции первичной обмотки, которую
    необходимо подключить к обмотке,
    рассчитанной на 127 В, для питания
    напряжением 220 В: W_д
    = W_II
    – W_I

12. Найти
    из таблицы 6.2 коэффициент m
    для каждой из вторичных обмоток: при
    I₁, определить m₁,
    при I₂, определить
    m₂, при I₃,
    определить m₃.

13. Определить
    количество витков каждой из вторичных
    обмоток с округлением до ближайшего
    целого числа: W₁,
    W₂, W₃.

14. Найти
    силу тока в первичной обмотке при
    питании от сети напряжением U_a
    = 127 В: I_a
    = P_г/U_a
    

15. Найти
    силу тока в первичной обмотке при
    питании от сети напряжением U_b
    = 220 В: I_b
    = P_г/U_b
    

16. Считая,
    что используется провод марки ПЭВ-1
    найти диаметр провода первичной обмотки
    для секции, рассчитанной на 127 В: d_a
    = p
    (Коэффициент p взять из
    таблицы 6.3)

17. Считая,
    что используется провод марки ПЭВ-1
    найти диаметр провода первичной обмотки
    для секции, рассчитанной на 220 В: d_b
    = p
    (Коэффициент p взять из
    таблицы 6.3)

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]

• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #