Как найти первичную обмотку трансформатора формула

Простейший расчет силовых трансформаторов и автотрансформаторов

Иногда приходится самостоятельно изготовлять силовой трансформатор для выпрямителя. В этом случае простейший расчет силовых трансформаторов мощностью до 100—200 Вт проводится следующим образом.

Зная напряжение и наибольший ток, который должна давать вторичная обмотка (U2 и I2), находим мощность вторичной цепи: При наличии нескольких вторичных обмоток мощность подсчитывают путем сложения мощностей отдельных обмоток.

Далее, принимая КПД трансформатора небольшой мощности, равным около 80 %, определяем первичную мощность:

Мощность передается из первичной обмотки во вторичную через магнитный поток в сердечнике. Поэтому от значения мощности Р1 зависит площадь поперечного сечения сердечника S, которая возрастает при увеличении мощности. Для сердечника из нормальной трансформаторной стали можно рассчитать S по формуле:

где s — в квадратных сантиметрах, а Р1 — в ваттах.

По значению S определяется число витков w’ на один вольт. При использовании трансформаторной стали

Если приходится делать сердечник из стали худшего качества, например из жести, кровельного железа, стальной или железной проволоки (их надо предварительно отжечь, чтобы они стали мягкими), то следует увеличить S и w’ на 20—30 %.

Теперь можно рассчитать число витков обмоток

В режиме нагрузки может быть заметная потеря части напряжения на сопротивлении вторичных обмоток. Поэтому для них рекомендуется число витков брать на 5—10 % больше рассчитанного.

Диаметры проводов обмоток определяются по значениям токов и исходя из допустимой плотности тока, которая для трансформаторов принимается в среднем 2 А/мм2. При такой плотности тока диаметр провода без изоляции любой обмотки в миллиметрах определяется по табл. 1 или вычисляется по формуле:

Когда нет провода нужного диаметра, то можно взять несколько соединенных параллельно более тонких проводов. Их суммарная площадь сечения должна быть не менее той, которая соответствует рассчитанному одному проводу. Площадь поперечного сечения провода определяется по табл. 1 или рассчитывается по формуле:

Для обмоток низкого напряжения, имеющих небольшое число витков толстого провода и расположенных поверх других обмоток, плотность тока можно увеличить до 2,5 и даже 3 А/мм2, так как эти обмотки имеют лучшее охлаждение. Тогда в формуле для диаметра провода постоянный коэффициент вместо 0,8 должен быть соответственно 0,7 или 0,65.

В заключение следует проверить размещение обмоток в окне сердечника. Общая площадь сечения витков каждой обмотки находится (умножением числа витков w на площадь сечения провода, равную 0,8d2из, где dиз — диаметр провода в изоляции. Его можно определить по табл. 1, в которой также указана масса провода. Площади сечения всех обмоток складываются. Чтобы учесть ориентировочно неплотность намотки, влияние каркаса изоляционных прокладок между обмотками и их слоями, нужно найденную площадь увеличить в 2—3 раза. Площадь окна сердечника не должна быть меньше значения, полученного из расчета.

В качестве примера рассчитаем силовой трансформатор для выпрямителя, питающего некоторое устройство с электронными лампами. Пусть трансформатор должен иметь обмотку высокого напряжения, рассчитанную на напряжение 600 В и ток 50 мА, а также обмотку для накала ламп, имеющую U = 6,3 В и I = 3 А. Сетевое напряжение 220 В.

Определяем общую мощность вторичных обмоток:

Находим площадь сечения сердечника из трансформаторной стали:

Число витков на один вольт

Число витков и диаметр проводов обмоток равны:

Предположим, что окно сердечника имеет площадь сечения 5×3 = 15 см2 или 1500 мм2, а у выбранных проводов диаметры с изоляцией следующие: d1из = 0,44 мм; d2из = 0,2 мм; d3из = 1,2 мм.

Проверим размещение обмоток в окне сердечника. Находим площади сечения обмоток:

Общая площадь сечения обмоток составляет примерно 430 мм2.

Как видно, она в три с лишним раза меньше площади окна и, следовательно, обмотки разместятся.

Расчет автотрансформатора имеет некоторые особенности. Его сердечник надо рассчитывать не на полную вторичную мощность Р2, а только на ту ее часть, которая передается магнитным потоком и может быть названа трансформируемой мощностью Рт.

Эта мощность определяется по формулам:

— для повышающего автотрансформатора

— для понижающего автотрансформатора, причем

Если автотрансформатор имеет отводы и будет работать при различных значениях n, то в расчете надо брать значение п, наиболее отличающееся от единицы, так как в этом случае значение Рт будет наибольшее и надо, чтобы сердечник мог передать такую мощность.

Затем определяется расчетная мощность Р, которая может быть принята равной 1,15•Рт. Множитель 1,15 здесь учитывает КПД автотрансформатора, который обычно несколько выше, чем у трансформатора. Д

алее применяются формулы расчета площади сечения сердечника (по мощности Р), числа витков на вольт, диаметров проводов, указанные выше для трансформатора. При этом надо иметь в виду, что в части обмотки, являющейся общей для первичной и вторичной цепей, ток равен I1 — I2, если автотрансформатор повышающий, и I2 — I1 если он понижающий.

Если Вам понравилась эта статья, поделитесь ссылкой на неё в социальных сетях. Это сильно поможет развитию нашего сайта!

Подписывайтесь на наш канал в Telegram!

Просто пройдите по ссылке и подключитесь к каналу.

Не пропустите обновления, подпишитесь на наши соцсети:

Источник

Расчёт трансформатора своими руками: онлайн-калькуляторы, особенности автотрансформаторов и торов

Одним из часто применяемых устройств в областях энергетики, электроники и радиотехники является трансформатор. Часто от его параметров зависит надёжность работы приборы в целом. Случается так, что при выходе трансформатора из строя или при самостоятельном изготовлении радиоприборов не получается найти устройство с нужными параметрами серийного производства. Поэтому приходится выполнять расчёт трансформатора и его изготовление самостоятельно.

Принцип работы устройства

Трансформатор — это электротехническое устройство, предназначенное для передачи энергии без изменения её формы и частоты. Используя в своей работе явление электромагнитной индукции, устройство применяется для преобразования переменного сигнала или создания гальванической развязки. Каждый трансформатор собирается из следующих конструктивных элементов:

• сердечника;
• обмотки;
• каркаса для расположения обмоток;
• изолятора;
• дополнительных элементов, обеспечивающих жёсткость устройства.

В основе принципа действия любого трансформаторного устройства лежит эффект возникновения магнитного поля вокруг проводника с текущим по нему электрическим током. Такое поле также возникает вокруг магнитов. Током называется направленный поток электронов или ионов (зарядов). Взяв проволочный проводник и намотав его на катушку и подключив к его концам прибор для измерения потенциала можно наблюдать всплеск амплитуды напряжения при помещении катушки в магнитное поле. Это говорит о том, что при воздействии магнитного поля на катушку с намотанным проводником получается источник энергии или её преобразователь.

В устройстве трансформатора такая катушка называется первичной или сетевой. Она предназначена для создания магнитного поля. Стоит отметить, что такое поле обязательно должно всё время изменяться по направлению и величине, то есть быть переменным.

Классический трансформатор состоит из двух катушек и магнитопровода, соединяющего их. При подаче переменного сигнала на контакты первичной катушки возникающий магнитный поток через магнитопровод (сердечник) передаётся на вторую катушку. Таким образом, катушки связаны силовыми магнитными линиями. Согласно правилу электромагнитной индукции при изменении магнитного поля в катушке индуктируется переменная электродвижущая сила (ЭДС). Поэтому в первичной катушки возникает ЭДС самоиндукции, а во вторичной ЭДС взаимоиндукции.

Количество витков на обмотках определяет амплитуду сигнала, а диаметр провода наибольшую силу тока. При равенстве витков на катушках уровень входного сигнала будет равен выходному. В случае когда вторичная катушка имеет в три раза больше витков, амплитуда выходного сигнала будет в три раза больше, чем входного — и наоборот.

От сечения провода, используемого в трансформаторе, зависит нагрев всего устройства. Правильно подобрать сечение возможно, воспользовавшись специальными таблицами из справочников, но проще использовать трансформаторный онлайн-калькулятор.

Отношение общего магнитного потока к потоку одной катушки устанавливает силу магнитной связи. Для её увеличения обмотки катушек размещаются на замкнутом магнитопроводе. Изготавливается он из материалов имеющих хорошую электромагнитную проводимость, например, феррит, альсифер, карбонильное железо. Таким образом, в трансформаторе возникают три цепи: электрическая — образуемая протеканием тока в первичной катушке, электромагнитная — образующая магнитный поток, и вторая электрическая — связанная с появлением тока во вторичной катушке при подключении к ней нагрузки.

Правильная работа трансформатора зависит и от частоты сигнала. Чем она больше, тем меньше возникает потерь во время передачи энергии. А это означает, что от её значения зависят размеры магнитопровода: чем частота больше, тем размеры устройства меньше. На этом принципе и построены импульсные преобразователи, изготовление которых связано с трудностями разработки, поэтому часто используется калькулятор для расчёта трансформатора по сечению сердечника, помогающий избавиться от ошибок ручного расчёта.

Виды сердечников

Трансформаторы отличаются между собой не только сферой применения, техническими характеристиками и размерам, но и типом магнитопровода. Очень важным параметром, влияющим на величину магнитного поля, кроме отношения витков, является размер сердечника. От его значения зависит способность насыщения. Эффект насыщения наступает тогда, когда при увеличении тока в катушке величина магнитного потока остаётся неизменной, т. е. мощность не изменяется.

Для предотвращения возникновения эффекта насыщения понадобится правильно рассчитать объём и сечение сердечника, от размеров которого зависит мощность трансформатора. Следовательно, чем больше мощность трансформатора, тем большим должен быть его сердечник.

По конструкции сердечник разделяют на три основных вида:

Стержневой магнитопровод представляет собой П-образный или Ш-образный вид конструкции. Собирается из стержней, стягивающихся ярмом. Для защиты катушек от влияния внешних электромагнитных сил используются броневые магнитопроводы. Их ярмо располагается на внешней стороне и закрывает стержень с катушкой. Тороидальный вид изготавливается из металлических лент. Такие сердечники из-за своей кольцевой конструкции экономически наиболее выгодны.

Зная форму сердечника, несложно рассчитать мощность трансформатора. Находится она по несложной формуле: P=(S/K)*(S/K), где:

• S — площадь сечения сердечника.
• K — постоянный коэффициент равный 1,33.

Площадь сердечника находится в зависимости от его вида, её единица измерения — сантиметр в квадрате. Полученный результат измеряется в ваттах. Но на практике часто приходится выполнять расчёт сечения сердечника по необходимой мощности трансформатора: Sс = 1.2√P, см2. Исходя из формул можно подтвердить вывод: что чем больше мощность изделия, тем габаритней используется сердечник.

Типовой расчёт параметров

Довольно часто радиолюбители используют при расчёте трансформатора упрощённую методику. Она позволяет выполнить расчёт в домашних условиях без использования величин, которые трудно узнать. Но проще использовать готовый для расчёта трансформатора онлайн-калькулятор. Для того чтобы воспользоваться таким калькулятором, понадобится знать некоторые данные, а именно:

• напряжение первичной и вторичной обмотки;
• габаритны сердечника;
• толщину пластины.

После их ввода понадобится нажать кнопку «Рассчитать» или похожую по названию и дождаться результата.

Стержневой тип магнитопровода

В случае отсутствия возможности расчёта на калькуляторе выполнить такую операцию самостоятельно несложно и вручную. Для этого потребуется определиться с напряжением на выходе вторичной обмотки U2 и требуемой мощностью Po. Расчёт происходит следующим образом:

1. 
   Рассчитывается ток нагрузки: In=Po/U2, А.
2. Вычисляется величина тока вторичной обмотки: I2 = 1,5*In, А.
3. Определяется мощность вторичной обмотки: P2 = U2*I2, Вт.
4. Находится общая мощность устройства: Pт = 1,25*P2, Вт.
5. Вычисляется сила тока первичной обмотки: I1 = Pт/U1, А.
6. Находится необходимое сечение магнитопровода: S = 1,3*√ Pт, см².

Следует отметить, что если конструируется устройство с несколькими выводами во вторичной обмотке, то в четвёртом пункте все мощности суммируются, и их результат подставляется вместо P2.

После того как первый этап выполнен, приступают к следующей стадии расчёта. Число витков в первичной обмотке находится по формуле: K1 = 50*U1/S. А число витков вторичной обмотке определяется выражением K2= 55* U2/S, где:

• U1 — напряжение первичной обмотке, В.
• S — площадь сердечника, см².
• K1, K2 — число витков в обмотках, шт.

Остаётся вычислить диаметр наматываемой проволоки. Он равен D = 0,632*√ I, где:

• d — диаметр провода, мм.
• I — обмоточный ток рассчитываемой катушки, А.

При подборе магнитопровода следует соблюдать соотношение 1 к 2 ширины сердечника к его толщине. По окончании расчёта выполняется проверка заполняемости, т. е. поместится ли обмотка на каркас. Для этого площадь окна вычисляется по формуле: Sо = 50*Pт, мм2.

Особенности автотрансформатора

Автотрансформаторы рассчитываются аналогично простым трансформаторам, только сердечник определяется не на всю мощность, а на мощность разницы напряжений.

Например, мощность магнитопровода 250 Вт, на входе 220 вольт, на выходе требуется получить 240 вольт. Разница напряжений составляет 20 В, при мощности 250 Вт ток будет равен 12,5 А. Такое значение тока соответствует мощности 12,5*240=3000 Вт. Потребление сетевого тока составляет 12,5+250/220=13,64А, что как раз и соответствует 3000Вт=220В*13,64А. Трансформатор имеет одну обмотку на 240 В с отводом на 220 В, который подключён к сети. Участок между отводом и выходом мотается проводом, рассчитанным на 12,5А.

Таким образом, автотрансформатор позволяет получить на выходе мощность значительно больше, чем трансформатор на таком же сердечнике при небольшом коэффициенте передачи.

Трансформатор тороидального типа

Тороидальные трансформаторы имеют ряд преимуществ по сравнению с другими типами: меньший размер, меньший вес и при этом большее КПД. При этом они легко наматываются и перематываются. Использование онлайн-калькулятора для расчёта тороидального трансформатора позволяет не только сократить время изготовления изделия, но и «на лету» поэкспериментировать с разными вводными данными. В качестве таких данных используются:

• напряжение входной обмотки, В;
• напряжение выходной обмотки, В;
• ток выходной обмотки, А;
• наружный диаметр тора, мм;
• внутренний диаметр тора, мм;
• высота тора, мм.

Необходимо отметить, что почти все онлайн-программы не демонстрируют особой точности в случае расчёта импульсных трансформаторов. Для получения высокой точности можно воспользоваться специально разработанными программами, например, Lite-CalcIT, или рассчитать вручную. Для самостоятельного расчёта используются следующие формулы:

1. Мощность выходной обмотки: P2=I2*U2, Вт.
2. Габаритная мощность: Pg=P2/Q, Вт. Где Q — коэффициент, берущийся из справочника (0,76−0,96).
3. Фактическое сечение «железа» в месте размещения катушки: Sch= ((D-d)*h)/2, мм2.
4. Расчётное сечение «железа» в месте расположения катушки: Sw =√Pq/1.2, мм2
5. Площадь окна тора: Sfh=d*s* π/4, мм2.
6. Значение рабочего тока входной обмотки: I1=P2/(U1*Q*cosφ), А, где cosφ справочная величина (от 0,85 до 0,94).
7. Сечение провода находится отдельно для каждой обмотки из выражения: Sp = I/J, мм2., где J- плотность тока, берущаяся из справочника (от 3 до 5).
8. Число витков в обмотках рассчитывается отдельно для каждой катушки: Wn=45*Un*(1-Y/100)/Bm* Sch шт., где Y — табличное значение, которое зависит от суммарной мощности выходных обмоток.
9. Остается найти выходную мощность и расчёт тороидального силового трансформатора считается выполненным. Pout = Bm*J*Kok*Kct* Sch* Sfh /0,901, где: Bm — магнитная индукция, Kok — коэффициент заполнения проводом, Kct —коэффициент заполнения железом.

Все значения коэффициентов берутся из справочника радиоаппаратуры (РЭА). Таким образом, проводить вычисления в ручном режиме несложно, но потребуется аккуратность и доступ к справочным данным, поэтому гораздо проще использовать онлайн-сервисы.

Рекомендации по сборке и намотке

При сборке трансформатора своими руками пластины сердечника собираются «вперекрышку». Магнитопровод стягивается обоймой или шпилечными гайками. Для того чтобы не нарушить изоляцию, шпильки закрываются диэлектриком. Стягивать «железо» нужно с усилием: если его окажется недостаточно при работе устройства возникнет гул.

Проводники наматываются на катушку плотно и равномерно, каждый последующий ряд изолируется от предыдущего тонкой бумагой или лавсановой плёнкой. Последний ряд обматывается киперной лентой или лакотканью. Если в процессе намотки выполняется отвод, то провод разрывается, а на место разрыва впаивается отвод. Это место тщательно изолируется. Закрепляются концы обмоток с помощью ниток, которыми привязываются провода к поверхности сердечника.

При этом существует хитрость: после первичной обмотки не следует наматывать всю вторичную обмотку сразу. Намотав 10—20 витков, нужно измерить величину напряжения на её концах.

По полученному значению можно представить, сколько витков потребуется для получения нужной амплитуды выходного напряжения, тем самым контролируя полученный расчёт при сборке трансформатора.

Источник

Если у Вас есть некий трансформаторный сердечник, из которого нужно сделать трансформатор, то необходимо замерить сердечник (как показано на рисунке), а так же замерить толщину пластины или ленты.

Первым делом необходимо рассчитать  площадь сечения сердечника — Sc (см²) и площадь поперечного сечения окна — Sо (см²).

Для тороидального трансформатора:

• Sc = H * (D – d)/2
• S0 =  π * d2 / 4

Для Ш и П — образного сердечника:

• Sc = а * b
• S0 =  h * c

Определим габаритную мощность нашего сердечника на частоте 50 Гц:

• η — КПД трансформатора,
• Sc — площадь поперечного сечения сердечника, см2,
• So — площадь поперечного сечения окна, см2,
• f — рабочая частота трансформатора, Гц,
• B — магнитная индукция, T,
• j — плотность тока в проводе обмоток, A/мм2,
• Km — коэффициент заполнения окна сердечника медью,
• Kc — коэффициент заполнения сечения сердечника сталью.

При расчете трансформатора необходимо учитывать, что габаритная мощность трансформатора должна быть больше расчетной электрической мощности вторичных обмоток.

Исходными начальными данными для упрощенного расчета являются:

• напряжение первичной обмотки U1
• напряжение вторичной обмотки U2
• ток вторичной обмотки l2
• мощность вторичной обмотки Р2 =I2 * U2 = Рвых
• площадь поперечного сечения сердечника Sc
• площадь поперечного сечения окна So
• рабочая частота трансформатора f = 50 Гц

КПД (η) трансформатора можно взять из таблицы, при условии что Рвых = I2 * U2 (где I2 ток во вторичной обмотке, U2 напряжение вторичной обмотки), если в трансформаторе несколько вторичных обмоток, что считают Pвых каждой и затем их складывают.

B — магнитная индукция выбирается из таблицы, в зависимости от конструкции магнитопровода и Pвых.

j — плотность тока в проводе обмоток , так же выбирается в зависимости от конструкции магнитопровода и Pвых.

Km — коэффициент заполнения окна сердечника медью

Kc — коэффициент заполнения сечения сердечника сталью

Коэффициенты заполнения для пластинчатых сердечников указаны в скобках при изоляции пластин лаком или фосфатной пленкой.

При первоначальном расчете необходимо соблюдать условие — Pгаб ≥ Pвых, если это условие не выполняется то при расчете уменьшите ток или напряжение вторичной обмотки.

После того как Вы определились с габаритной мощностью трансформатора, можно приступить к расчету напряжения одного витка:

где Sc — площадь поперечного сечения сердечника, f — рабочая частота (50 Гц), B — магнитная индукция выбирается из таблицы, в зависимости от конструкции магнитопровода и Pвых.

Теперь определяем число витков первичной обмотки:

w1=U1/u1

где U1 напряжение первичной обмотки, u1 — напряжение одного витка.

Число витков каждой из вторичных обмоток находим из простой пропорции:

где w1 — кол-во витков первичной обмотки, U1 напряжение первичной обмотки, U2 напряжение вторичной обмотки.

Определим мощность потребляемую трансформатором  от сети с учетом потерь:

Р1 = Рвых /  η

где η — КПД трансформатора.

Определяем величину тока в первичной обмотке трансформатора:

I1 = P1/U1

Определяем диаметры проводов обмоток трансформатора:

d = 0,632*√ I

где d — диаметр провода, мм, I — ток обмотки, А (для первичной и вторичной обмотки).

Для упрощения расчета можно воспользоваться онлайн-калькулятором – http://rcl-radio.ru/?p=20670

Пример расчета

РАСЧЕТ СЕТЕВОГО ТРАНСФОРМАТОРА на сайте rcl-radio.ru

Расчёт трансформатора

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

1. Напряжение питания U₁
= 36 В.

2. Частота питающего напряжения f= 400 Гц.

3. Напряжение вторичных обмоток U₂
=460,2 В

4. Токи вторичных обмоток I₂
=0,16 А

5. Марка электротехнической стали Э340.

6. Тип магнитопровода – стержневой.

ФОРМА И ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ РАЗМЕРЫ
МАГНИТОПРОВОДА

Конструктивные данные
трансформатора определяются из следующих
известных из теории зависимостей для
действующих значе­ний первичного
напряжения U₁
и первичного тока
I₁:

E₁
= 4,44 f
w₁ Ф_m
; I₁
= δ₁
S_пр1

где δ₁
– плотность тока в
первичной обмотке, А/мм²
;

S_пр1
– сечение меди провода
первичной обмотки, мм².

Подставив в эти формулы выражения

Ф_m
= B_m
k_ст
F_ст
и S_пр1
= F_о
k_м
/[
w₁(1
+η_н)]

и используя рационализованную систему
единиц СИ, получим:

U₁

E₁
= 4,44 f
w₁
k_ст
F_ст
10^4,
В
(1)

I₁
= (δ₁
F_о
k_м10²)
/[ w₁(1
+η_н)]

(2)

Между величинами U₁
и E₁
(напряжением питания
и э.д.с. первичной обмотки) в выражении
(1) подставлен знак приближен­ного
равенства потому, что в трансформаторах
нормального испол­нения U₁
лишь незначительно
превышает E₁,
т.к. падения напряжений в первичной
обмотке малы по сравнению с E₁.

В выражениях (1) и (2):

f
– частота напряжения U₁,
Гц ;

w₁
– число витков первичной обмотки;

B_m
– амплитудное значение магнитной индукции
в магнитопроводе трансформатора, Тл;

F_ст
– площадь поперечного
сечения магнитопровода, см²;

k_ст
– коэффициент стали,
учитывающий наличие изоляции пластин
и неплотность сборки пакета магнитопровода.

k_ст
= F_ст
акт / F_ст
– отношение площади поперечного сечения
всех листов стер­жня магнитопровода
без изоляции к произведению ширины
стержня на толщину пакета магнитопровода;

F_ст
акт – активное сечение
стали магнитопровода, см²;.

I₁
– первичный ток;

F_о

– площадь окна
магнитопровода, см²;

k_м
– коэффициент заполнения окна магнитопровода
медью (отно­шение суммарной площади
поперечного сечения всех прово­дов
обмоток трансформатора, пронизывающих
его окно, к площади окна);

η_н
– к.п.д. трансформатора в номинальном
режиме;

1/ (1 + η_н
)
– коэффициент, учитывающий площадь меди
окна, приходящуюся на первичную обмотку
(примерно равен двум);

Принимая, что U₁I₁=
P_н
/(η_н
cos_1н),
где P_н
– активная мощность, отдаваемая
трансформатором пот­ребителю и решая
совместно (I)
и (2), имеем:

F_о
F_ст
= P_н(1
+ η_н
) 10²
/ 4,44
f
B_m
η_н
cos_1н
δ₁
k_м
k_ст
(3)

где P_н
=
,
Вт,
причем:

i
– номер вторичной обмотки;

n
– число вторичных
обмоток;

cos
_i
– принимаем равным единице(активная
нагрузка);

cos_1н
– коэффициент мощности
трансформатора.

P_н
= U₂I₂
cos
₂
=460,2*0,16= 73,63 Вт.

P_н=73,63
Вт.

Произведем предварительный выбор
величин, входящих в основную расчетную
формулу (3) трансформатора:

а) Величина индукции B_m

Таблица
1

Марка стали	Э310,Э320, Э330,Э41,Э42, Э43	Э340,Э350, Э360	Э310,Э320, Э330, Э44, Э45, Э46	Э340,Э350, Э360
Толщина листа или ленты	0,35–0,5 мм	0,05–0,1 мм	0,2–0,35 мм	0,05–0,1 мм
Pгаб, ВА	Индукция Bm, тл
f =50 Гц	f =400 Гц
10	1,1	1,2	1,0	1,15
20	1,26	1,4	1,08	1,33
40	1,37	1,55	1,13	1,47
70	1,39	1,6	1,14	1,51
100	1,35	1,6	1,12	1,5
200	1,25	1,51	1,02	1,4
400	1,13	1,43	0,92	1,3
700	1,05	1,35	0,83	1,2
1000	1,0	1,3	0,78	1,15
2000	0,9	1,2	0,68	1,05

B_m
= 1.4
Тл,

б) Плотность тока δ_i

Таблица 2

Частота тока сети, Гц	Тип сердечника	Мощность трансформатора, Pн , вт
25 50	50 300	300 10000
Плотность тока, А/мм2
50	Стержневой	5 4	4 2,5	2,5 2
Броневой	4 3,5	3,5 2,3	2,3 1,8
400	Стержневой		6  4	4 2,8
Броневой		4 3,0	3,0 2,5

δ_i
=5,9 А/ мм²

в) Коэффициент заполнения
окна медью k_м
и коэффициент
заполнения сечения магнитопровода
сталью k_ст

Таблица 3

Тип сердечника	Мощность трансформатора, Pн , вт
25 50	50 300	300 10000
Коэффициент заполнения окна Kм
Стержневой	0,2 0,23	0,23  0,3	0,3 0,35
Броневой	0,23 0,26	0,26 0,35	0,35 0,4

k_м
= 0,23,

Таблица 4

Тип сердечника	Толщина листа стали, мм
0,08	0,1	0,15	0,2	0,35
Коэффициент заполнения сердечника Kст
Стержневой ленточный	0,87		0,9	0,91	0,93
Броневой пластинчатый		0,75	0,84	0,89	0,94

k_ст
= 0,9,

г) Значения к.п.д. η_н
и cos_1н

Таблица 5

Частотатока сети, Гц	Мощность трансформатора, Pн , вт	15 50	50  150	150 300	300 1000	свыше 1000
50	К.п.д. 	0,5 0,8	0,8 0,9	0,9 0,93	0,93 0,95	
cos	0,9  0,93	0,93  0,95	0,95 0,93	0,93  0,94	
400	К.п.д. 	0,84	0,84 0,95	0,95  0,96	0,96  0,99	0,99
cos	0,84	0,84 0,95	0,95  0,96	0,96  0,99	0,99

η_н
= 0,84,

cos_1н
= 0,84.

По формуле (3) находят
расчетное значение про­изведения
F_оF_ст:

F_о
F_ст
= P_н(1
+ η_н
) 10²
/ 4,44
f B_m
η_н
cos_1н
δ₁
k_м
k_ст
=

=
(138,06*1,84*10²)/(4,44*400*1,4*0,84*0,84*5,9*0,23*0,9)
=11,86 см⁴

По таблице найдем ближайшее
большее значение F_оF_ст
и необходимый типоразмер магнитопровода:

Таблица 7

Типоразмер магнитопровода	Размеры, мм	Fст акт, см2	Вес Gст, г	Fст, см2	F0, см2	F0 Fст, см4
a	b	c	h	lст, см
ПЛ12,5x16x40	12,5	16	16	40	15,0	1,7	203	2	6,4	12,8.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТОКА ХОЛОСТОГО ХОДА

Найдем величины полных
потерь в стали Р_ст
, намагничиваю­щей
мощности Q_ст,
абсолютное и относительное значения
тока холостого хода.

Относительное значение –
это ток холостого хода 1₀
, выраженный в %
от первичного
номинального тока.

Полные потери в стали могут быть
определены по формуле:

Р_ст
= Р_ст
G_ст

(4)

где Р_ст
– удельные потери, Вт/кГ;

G_ст
– вес магнитопровода, кГ (Ранее из таблицы
определено, что G_ст
= 203 кг).

Величину Р_ст
определяем из
экспериментальных кривых зависимости
удельных потерь в трансформаторных
сталях от индукции:

Получаем что при B_m
= 1,4 Тл Р_ст
= 20 Вт/кг. ,

таким образом Р_ст
= Р_ст
G_ст
= 20*230*10 ^-3
=4,6 Вт.

Абсолютное и относительное значения
активной составляющей тока холостого
хода определяются по формулам:

I_0а
= Р_ст /U₁
; I_0а%
= (I_0а/I_1н)^.100
= (Р_ст/S_1н)
^.100

(5)

где
I_1н
= S_1н/U₁
= Р_н/(U₁η_нcos_1н)
A

тогда I_0а
= Р_ст/U₁
= 4,6/36 =
0,128 А,

I_1н
= Р_н/(U₁η_нcos_1н)
= 73,63/(36*084*084)
=2,04 А,

I_0а%
= (I_0а/I_1н)^.100
= (0,128/2,04)*100 ≈ 6,27%.

Полная намагничивающая мощность
определяется по фор­муле:

Q_ст
=Q_ст^.
G_ст
ВAР.

(6)

где Q_ст
– полная удельная
намагничивающая мощность, ВAР/кГ.

Величина Q_ст
определяется по кривой, приведенной на
рисунке:

Получаем при B_m
= 1.4 Тл Q_ст
= 150 ВАР/кг.

Q_ст
=Q_ст^.
G_ст
= 150*230*10 ^-3
= 34,5 ВАР,

Абсолютное и относительное значения
реактивной составляю­щей тока холостого
хода найдем по формулам:

I_0р
=
Q_ст/U₁
=34,5/36
≈0,96
А,

I_0р%
= (I_0р/I_1н)*100
= (Q_ст/S_1н)
*100 = (0,96/2,04)*100
=47,06%
(7)

Величина относительного
тока холостого хода на
основа­нии I_0а%
и
I_0р%
равна:

(8)

I₀%
≈ 47,48%

PАСЧЕТ
ОБМОТОК

Расчет обмоток трансформатора заключается
в определении числа витков и диаметра
провода каждой из них.

1. На основании формулы (1)
имеем:

w₁
= (E₁10⁴)/(
4,44 f
B_m
F_ст.акт);

w₂
= (E₂10⁴)/(
4,44 f
B_m
F_ст.акт);

(9)

w₃
= (E₃10⁴)/(
4,44 f
B_m
F_ст.акт)
и.т.д.

Все величины, входящие в правые части
приведенных выражений известны, за
исключением Э.Д.С.

Если обозначить величины
падений напряжений в обмотках, вы­раженные
в % от
номинального, через U₁%
, U₂%
и.т.д., то э.д.с. обмоток
могут быть найдены из выражений

;

;
(10)

и.т.д.

Ориентировочные значения величияU₁%
иU₂%
найдем из таблицы 8:

Таблица 8

Частота тока сети, Гц	Величины	Мощность трансформатора, Pн , вт
15 50	50 150	150 300	300 1000	свыше 1000
Плотность тока, А/мм2
50	U1%	15 5	5 4	4 3	3 1	
U2%	20 10	10 8	8 6	6 2	
400	U1%	8  4	4  1,5	1,5  1,0	1,0 0,5	0,5
U2%	10  5	5  2,0	2,0  1,2	1,2 0,5	0,5

U₁%
=2 %;

U₂%=
2,5 %.

Так как используется стержневой
магнитопровод то указные величины
уменьшаем на 25% т.е:

U₁%
= 1,5 %;

U₂%=
1,875 %.

Таким образом, имеем:

В.

В.

w₁
= (E₁·10⁴)/(
4,44 f
B_m
F_ст.акт)
= (35,46*10⁴)/(4,44*400*1,4*1,7)
=83,9 ,

w₂
= (E₂·10⁴)/(
4,44 f
B_m
F_ст.акт)
= (468,83*10⁴)/(4,44*400*1,4*1,7)
=1109,2
.

2. Сечения проводов обмоток определяются
по формуле

, [мм²]

(11)

Ток первичной обмотки, необходимый для
определения сечения провода этой
обмотки, находят по формуле

(12)

I_1н
=73,63 / (36*0,84*0,84) =
2,04 А,

I_2н
= 0,23А.

Тогда сечения проводов с
учетом того, что значение плотности
тока в первичной обмотке уменьшили на
20%, а во вторичной увеличили на 15%:

S_пр1
=2,04/4,72 = 0,43
мм²,

S_пр2
=0,23/6,79 = 0,034
мм².

Диаметр провода находят по формуле:

, [мм]
(13)

d_пр1=
1,13*0,43 = 0,49 мм,

d_пр2=
1,13*0,034 = 0,04 мм.

3. Выберем марки обмоточных проводов из
таблицы 9а:

Таблица 9а

Провода
круглого сечения

Диаметр dпр, мм	Сечение Sпр, мм2	Вес 1м проволоки gп , г
0,04	0,00126	0,0144
0,49	0,1886	1,68

Выберем изоляцию проводов по таблице
9б:

Двухсторонняя
толщина изоляции проводов(округленно)

Таблица 9б

Провода круглого сечения
Диаметры голого провода, мм	0,05 0,09	0,1 0,15	0,15 0,21	0,23 0,33	0,35 0,49	0,51 0,69	0,72 0,96	1,0 1,45	1,5 2,1	2,26 5,2
Эмалирован ные провода	ПЭЛ ПЭВ1	0,02	0,022	0,03	0,04	0,05	0,06	0,07	0,08	0,09	0,1
ПЭВ2 ПЭТК	0,03	0,033	0,04	0,05	0,06	0,07	0,09	0,11	0,12	0,13

d_из1=
d_пр1+
0,08=0,49+0,05=0,54 мм,

d_из2=
d_пр2+
0,02=0,04+0,02=0,06 мм.

КОНСТРУКЦИЯ ОБМОТОК

а) число витков в слое w_с
согласно зависи­мости:

где h‘
= h
–1 – высота каркаса
(меньше на I
мм высоты окна магнитопровода), мм;

δ’– толщина щеток и стенок каркаса
(обычно равна 1,5 – 4,3 мм в зависимости от
диаметра провода);

k_у
– коэффициент укладки,
определяемый по таблице 10(учитывает
неплотность намотки),

k_в
– коэффициент, учитывающий выпучивание
обмоток при намотке;

d_из
– диаметр провода с изоляцией, мм;

h’
= h –1 =
40
– 1 =
39
мм,

Таблица 10

dиз, мм	0,07  0,12	0,13 0,19	0,2 0,3	0,31  0,8	0,81 1,0	свыше 1,0
kу	1,15	1,1	1,07	1,05	1,1	1,15
kв	1,05	1,08	1,1	1,12	1,15	1,15

k_у1
= 1,15;

k_у2
= 1,05;

k_в1
= 1,05;

k_в2
= 1,12;

δ’= 1,5,
тогда число витков в слое

w_с1
= (39 – 3)/(1,15*0,54) =
57,97,

w_с2
= (39 – 3)/(1,05*0,06)
=571,43.

б) толщина каждой обмотки:

где: w
– число витков каждой
обмотки;

_из
– толщина прокладок (изоляции) между
слоями, мм;

N
= w/w_с
– округляется до
ближайшего большего целого числа и
определяет число рядов в слое.

N₁
= w₁/w_с1
=83,9/57,97 = 2,

N₂
= w₂/w_с2
=1109,2/571,43=2.

В качестве прокладок между
слоями выберем теле­фонную бумагу
толщиной 0,05 мм.

δ
₁ =2*0,54
+1* 0,05 = 1,13 мм,

δ
₂ =2*0,06
+ 1*0,05 = 0,17 мм.

в) полная толщина намотки одной катушки
для стержневых магнитопроводов, у
которых обмотки распологаються на обоих
стержнях(две катушки):

 = δ₁/2
+ δ₂/2
+ ……. + δ_n/2
+ (δ’ +1) + n^.d_мо,
мм

где d_мо
– толщина межобмоточной изоляции, мм;

n
– число обмоток.

 =1,13/2
+0,17/2 + (1,5+1)+2*0,2 =3,55
мм.

г) зазор между катушкой и магнитопроводом:

х= с -2 k_в
= 16 –2* 1,1*3,55= 8,19 мм

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ ПЕРЕГРЕВА
ОБМОТОК

После того, как найдены геометрические
размеры обмоток трансформатора, можно
перейти к определению их рабочей
темпе­ратуры. Прежде всего необходимо
найти величину суммарной мощно­сти
потерь в обмотках каждой катушки,

(18)

где, кроме выше обозначенного:

r
– сопротивление
провода обмотки, Ом;

ρ_м
– удельное сопротивление медного провода
при рабочей температуре, Ом ^.
см.

В формуле (18) δ
в А/мм²
, S_пр
в см²
, l_пр
– общая длина провода
обмотки в см.

Заменяя в (18) произведение
S_пр
l_пр
его значением из

G_м
= γ_м
S_пр
l_пр

(19)

где G_м
– вес провода обмотки,
г;

γ_м
– удельный вес меди
(γ_м
= 8,9 г/см³),получим:

(20)

Температура провода в
нагретом состоянии достигает 100 – 110˚C.
Подставляя в (20) значение ρ_м
для этой температуры ρ_м
= О,0214 ^.10^-4
Ом ^.
см, получим:

P_м
= 2,4 δ²
G_м,
Вт
(21)

δ
– плотность тока в
А/мм²

G_м
– вес провода, кг.

Вес меди каждой обмотки можно найти из
выражения:

G_м
= l_ср
в^.w^.g_м
^.10^-3,
кг.
(22)

где l_ср
в – средняя длина
витка обмотки;

w
– общее число витков обмотки.

g_м
– вес I
м провода, г .

Для двухкатушечного
стержневого трансформатора берем
половинно значение числа витков обмотки
w,
рассчитанного ранее, поскольку обмотки
распределены поровну на две катушки.

Не внося существенной
погрешности в расчеты, можно вместо
вычисления средних длин витков для
каждой обмотки (l_ср
в1, l_ср
в2, ……. и т.д.) принять
для обмоток одинаковую сред­нюю длину
l_ср
в , вычисляя ее из
зависимости:

l_ср
в 
2(a
+ b
+2)

(23)

где 
– полная толщина
намотки катушки.

l_ср
в 
2*(12,5
+16 + 2*3,55) =71,2 мм =71,2*10^-3
м.

Так как трансформатор
стержневой двухкатушечный, то берем
половинное значение числа витков
w,поскольку
обмотки распределены поровну на две
катушки:

G_м1
= l_ср
в^.w₁/2^.g_м
^.10^-3
= 71,2*83,9*1,68*10^-6/2
= 0,005
кг,

G_м2
= l_ср
в^.w₂/2^.g_м
^.10^-3
=
71,2*1109,2*0,0144*10^-6/2
= 0,0006 кг,

P_м1
= 2,4 δ²
G_м1
= 2,4*34,81*0,005
= 0,42 Вт,

P_м2
= 2,4 δ²
G_м2
= 2,4*34,81*0,0006
= 0,05 Вт.

Суммарные потери в катушке:

P_м
кат = P_м
1+ P_м
2 +…………+ P_м
n

(24)

P_м
кат =0,42+0,05= 0,47
Вт.

Температуру перегрева можно определить
по формуле:

(25)

где P_м
кат потери в меди
одной катушки, Вт;

F_м
кат – поверхность
охлаждения данной катушки, см²;

_м
– коэффициент
теплопередачи, Вт/см²С.

В связи с тем, что
часть торцевых
поверхностей катушки и часть ее боковых
поверхностей, закрытые магнитопроводом,
в процессе пере­дачи тепла окружающей
среды практически не участвуют, можно
считать, что охлаждающая поверхность
в формуле (25) включает в себя лишь
от­крытые боковые поверхности данной
катушки:

F_м
кат
= 2h(a + b +4),
см²

(26)

F_м
кат =
2*40*(12,5 +16 + 4*3,55) =3416 мм²
= 34,16 см²

В первом приб­лижении
можно считать значение _м
постоянным и равным:

_м
= 1,2 ^.10^3
Вт/см²С,

t_м
= 0,47
/(34,16*1,2*10^3)
= 11,47
С,

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЕСА
ТРАНСФОРМАТОРА

Ранее из таблицы был выписан
вес магнитопровода (стали) рассчитываемого
трансформатора G_ст
, г.
По формуле (22) были
рассчита­ны веса меди каждой обмотки
G_м1,
G_м2
и
т.д. Следовательно, вес меди обмоток
одной катушки равен:

G_м
кат = G_м
1+ G_м
2 +…………+ G_м
n,
г

Поскольку при определении
этого веса не были учтены веса изоляции
проводов, межслоевой и межобмоточной
изоляции, а также вес каркаса, то
необходимо G_м
кат увеличить на 5%,
получая вес катушки
с обмот­ками G_кат.

G_тр
= G_ст
+ G_кат,
г
(27)

G_тр
=2*1,05*(0,005
+ 0,0006) *10³
+203 =214,76 г.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ К.П.Д. ТРАНСФОРМАТОРА

Величину к.п.д. трансформатора определим
по формуле:

% = P_н/(
P_н
+ P_ст
+ P_м
кат)

(28)

% =
73,63/(73,63 + 4,6 +0,47)*100
= 93,6 %.

Многие электронные и радиотехнические устройства получают питание от нескольких источников постоянного напряжения. Они относятся к так называемым вторичным источникам питания. В качестве первичных источников выступают сети переменного тока, напряжением 127 и 220 вольт, с частотой 50 Гц. Для обеспечения аппаратуры постоянным напряжением, вначале требуется выполнить повышение или понижение сетевого напряжения до необходимого значения. Чтобы получить требуемые параметры, необходимо произвести расчет трансформатора, который выполняет функцию посредника между электрическими сетями и приборам, работающими при постоянном напряжении.

Расчет силового трансформатора

Для точного расчета трансформатора требуются довольно сложные вычисления. Тем не менее, существуют упрощенные варианты формул, используемые радиолюбителями при создании силовых трансформаторов с заданными параметрами.

В начале нужно заранее рассчитать величину силы тока и напряжения для каждой обмотки. С этой целью на первом этапе определяется мощность каждой повышающей или понижающей вторичной обмотки. Расчет выполняется с помощью формул: P₂ = I₂xU₂; P₃ = I₃xU₃;P₄ = I₄xU₄, и так далее. Здесь P₂, P₃, P₄ являются мощностями, которые выдают обмотки трансформатора, I₂, I₃, I₄ – сила тока, возникающая в каждой обмотке, а U₂, U₃, U₄ – напряжение в соответствующих обмотках.

Определить общую мощность трансформатора (Р) необходимо отдельные мощности обмоток сложить и полученную сумму умножить на коэффициент потерь трансформатора 1,25. В виде формулы это выглядит как: Р = 1,25 (Р₂ + Р₃ + Р₄ + …).

Исходя из полученной мощности, выполняется расчет сечения сердечника Q (в см2). Для этого необходимо извлечь квадратный корень из общей мощности и полученное значение умножить на 1,2:  . С помощью сечения сердечника необходимо определить количество витков n, соответствующее 1 вольту напряжения: n= 50/Q.

На следующем этапе определяется количество витков для каждой обмотки. Вначале рассчитывается первичная сетевая обмотка, в которой количество витков с учетом потерь напряжения составит: n₁ = 0,97 xnxU₁. Вторичные обмотки рассчитываются по следующим формулам: n₂ = 1,03 x n x U₂; n₃ = 1,03 x n x U₃;n₄ = 1,03 x n x U₄;…

Любая обмотка трансформатора имеет следующий диаметр проводов:
где I – сила тока, проходящего через обмотку в амперах, d – диаметр медного провода в мм. Определить силу тока в первичной (сетевой) обмотке можно по формуле: I₁ = P/U_1. Здесь используется общая мощность трансформатора.

Далее выбираются пластины для сердечника с соответствующими типоразмерами. В связи с этим, вычисляется площадь, необходимая для размещения всей обмотки в окне сердечника. Необходимо воспользоваться формулой: S_м = 4 x (d₁²n₁ + d₂²n₂ +d₃²n₃ + d₄²n₄ + …), в которой d₁, d₂, d₃ и d₄ – диаметр провода в мм, n₁, n₂, n₃ и n₄ – количество витков в обмотках. В этой формуле берется в расчет толщина изоляции проводников, их неравномерная намотка, место расположения каркаса в окне сердечника.

Полученная площадь S_м позволяет выбрать типоразмер пластины таким образом, чтобы обмотка свободно размещалась в ее окне. Не рекомендуется выбирать окно, размеры которого больше, чем это необходимо, поскольку это снижает нормальную работоспособность трансформатора.

Заключительным этапом расчетов будет определение толщины набора сердечника (b), осуществляемое по следующей формуле: b = (100 xQ)/a, в которой «а» – ширина средней части пластины. После выполненных расчетов можно выбирать сердечник с необходимыми параметрами.

Как рассчитать мощность трансформатора

Чаще всего необходимость расчета мощности трансформатора возникает при работе со сварочной аппаратурой, особенно когда технические характеристики заранее неизвестны.

Мощность трансформатора тесно связана с силой тока и напряжением, при которых аппаратура будет нормально функционировать. Самым простым вариантом расчета мощности будет умножение значения напряжения на величину силы тока, потребляемого устройством. Однако на практике не все так просто, прежде всего из-за различия в типах устройств и применяемых в них сердечников. В качестве примера рекомендуется рассматривать Ш-образные сердечники, получившие наиболее широкое распространение, благодаря своей доступности и сравнительно невысокой стоимости.

Для расчета мощности трансформатора понадобятся параметры его обмотки. Эти вычисления проводятся по такой же методике, которая рассматривалась ранее. Наиболее простым вариантом считается практическое измерение обмотки трансформатора. Показания нужно снимать аккуратно и максимально точно. После получения всех необходимых данных можно приступать к расчету мощности.

Ранее, для определения площади сердечника применялась формула: S=1,3*√Pтр. Теперь же, зная площадь сечения магнитопровода, эту формулу можно преобразовать в другой вариант: Р_тр = (S/1,3)/2. В обеих формулах число 1,3 является коэффициентом с усредненным значением.

Расчёт трансформатора по сечению сердечника

Конструкция трансформатора зависят от формы магнитопровода. Они бывают стержневыми, броневыми и тороидальными. В стержневых трансформаторах обмотки наматываются на стержни сердечника. В броневых – магнитопроводом только частично обхватываются обмотки. В тороидальных конструкциях выполняется равномерное распределение обмоток по магнитопроводу.

Для изготовления стержневых и броневых сердечников используются отдельные тонкие пластины из трансформаторной стали, изолированные между собой. Тороидальные магнитопроводы представляют собой намотанные рулоны из ленты, для изготовления которых также используется трансформаторная сталь.

Важнейшим параметром каждого сердечника считается площадь поперечного сечения, оказывающая большое влияние на мощность трансформатора. КПД стержневых трансформаторов значительно превышает такие же показатели у броневых устройств. Их обмотки лучше охлаждаются, оказывая влияние на допустимую плотность тока. Поэтому в качестве примера для расчетов рекомендуется рассматривать именно эту конструкцию.

В зависимости от параметров сердечника, определяется значение габаритной мощности трансформатора. Она должна превышать электрическую, поскольку возможности сердечника связаны именно с габаритной мощностью. Эта взаимная связь отражается и в расчетной формуле: S_о хS_с = 100 хР_г /(2,22 * В_с х j х f х k_ох k_c). Здесь S_о и S_с являются соответственно площадями окна и поперечного сечения сердечника, Рг – значение габаритной мощности, Вс – показатель магнитной индукции в сердечнике, j – плотность тока в проводниках обмоток, f – частота переменного тока, k_о и k_c – коэффициенты заполнения окна и сердечника.

Как определить число витков обмотки трансформатора не разматывая катушку

При отсутствии данных о конкретной модели трансформатора, количество витков в обмотках определяется при помощи одной из функций мультиметра.

Мультиметр следует перевести в режим омметра. Затем определяются выводы всех имеющихся обмоток. Если между магнитопроводом и катушкой имеется зазор, то сверху всех обмоток наматывается дополнительная обмотка из тонкого провода. От количества витков будет зависеть точность результатов измерений.

Один щуп прибора подключается к концу основной обмотки, а другой щуп – к дополнительной обмотке. По очереди выполняются измерения всех обмоток. Та из них, у которой наибольшее сопротивление, считается первичной. Полученные данные позволяют выполнить расчет трансформатора и вместе с другими параметрами выбрать наиболее оптимальную конструкцию для конкретной электрической цепи.

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

Если посмотреть на трансформатор с внешней стороны, то это Ш-образное устройство, состоящее из металлического сердечника, картонного или пластикового каркаса и обмотки из медной проволоки. Обмоток две.

Сердечник – это несколько стальных пластин, которые обработаны специальным лаком и соединены между собой. Лак наносится специально, чтобы между пластинами не проходило напряжение. Таким способом борются с так называемыми вихревыми токами (токами Фуко). Все дело в том, что токи Фуко просто будут нагревать сам сердечник. А это потери.

Именно с потерями связан и состав пластин сердечника. Трансформаторное железо (так чаще всего называют сталь для сердечника специалисты), если посмотреть ее в разрезе, состоит из больших кристаллов, которые, в свою очередь, изолированы друг от друга окисной пленкой.

Назначение и функциональность

Итак, какие функции выполняет трансформатор?

1. Это снижение напряжения до необходимых параметров.
2. С его помощью снижается гальваническая развязка сети.

Что касается второй функции, то необходимо дать пояснения. Обе обмотки (первичная и вторичная) трансформатора тока между собой напрямую не соединены. Значит, сопротивление прибора, по сути, должно быть бесконечным. Правда, это идеальный вариант. Соединение же обмоток происходит через магнитное поле, создаваемой первичной обмоткой. Вот такой непростой функционал.

Расчет

Существует несколько видов расчетов, которыми пользуются профессионалы. Для новичков все они достаточно сложные, поэтому рекомендуем так называемый упрощенный вариант. В его основе лежат четыре формулы.

Формула закона трансформации

Итак, закон трансформации определяется нижеследующей формулой:

U1/U2=n1/n2, где:

• U1 – напряжение на первичной обмотке,
• U2 – на вторичной,
• n1 – количество витков на первичной обмотке,
• n2 – на вторичной.

Так как разбирается именно сетевой трансформатор, то напряжение на первичной обмотке у него будет 220 вольт. Напряжение же на вторичной обмотке – это необходимый для вас параметр. Для удобства расчета берем его равным 22 вольт. То есть, в данном случае коэффициент трансформации будет равен 10. Отсюда и количество витков. Если на первичной обмотке их будет 220, то на вторичной 22.

Представьте, что прибор, который будет подсоединен через трансформатор, потребляет нагрузку в 1 А. То есть, на вторичную обмотку действует именно этот параметр. Значит, на первичную будет действовать нагрузка 0,1 А, потому что напряжение и сила тока находятся в обратной пропорциональности.

А вот мощность, наоборот, в прямой зависимости. Поэтому на первичную обмотку будет действовать мощность: 220×0,1=22 Вт, на вторичную: 22×1=22 Вт. Получается, что на двух обмотках мощность одинаковая.

Внимание! Если в собираемом вами трансформаторе не одна вторичная обмотка, то мощность первичной состоит из суммы мощностей вторичных.

Что касается количества витков, то рассчитать их на один вольт не составит большого труда. В принципе, это можно сделать методом «тыка». К примеру, наматываете на первичную обмотку десять витков, проверяете на ней напряжение и полученный результат делите на десять. Если показатель совпадает с необходимым для вас напряжением на выходе, то, значит, вы попали в яблочко. Если напряжение снижено, значит, придется увеличить количество витков, и наоборот.

И еще один нюанс. Специалисты рекомендуют наматывать витки с небольшим запасом. Все дело в том, что на самих обмотках всегда присутствуют потери напряжения, которые необходимо компенсировать. К примеру, если вам нужно напряжение на выходе 12 вольт, то расчет количества витков проводится из расчета напряжения в 17-18 В. То есть, компенсируются потери.

Площадь сердечника

Как уже было сказано выше, мощность блока питания – это сумма мощностей всех его вторичных обмоток. Это основа выбора самого сердечника и его площади. Формула такая:

S=1,15 * √P

В этой формуле мощность устанавливается в ваттах, а площадь получается в сантиметрах квадратных. Если сам сердечник имеет Ш-образную конструкцию, то сечение берется среднего стержня.

Обратите внимание! Все полученные расчетным путем параметры имеют неокругленную цифру, поэтому округлять надо обязательно и всегда только в большую сторону. К примеру, расчетная мощность получилась 35,8 Вт, значит, округляем до 40 Вт.

Количество витков в первичной обмотке

Здесь используется следующая формула:

n=50*U1/S, понятно, что U1 равно 220 В.

Кстати, эмпирический коэффициент «50» может изменяться. К примеру, чтобы блок питания не входил в насыщение и тем самым не создавал лишних помех (электромагнитных), то лучше в расчете использовать коэффициент «60». Правда, это увеличит число витков обмотки, трансформатор станет немного больше в размерах, но при этом снизятся потери, а, значит, режим работы блока питания станет легче. Здесь важно, чтобы количество обмоток уместилось.

Сечение провода

И последняя четвертая формула касается сечения используемого медного провода в обмотках.

d=0,8*√I, где d – это диаметр провода, а «I» — сила тока в обмотке.

Расчетный диаметр необходимо также округлить до стандартной величины.

Итак, вот четыре формулы, по которым проводится подбор трансформатора тока. Здесь неважно покупаете ли вы готовый прибор или собираете его самостоятельно. Но учтите, что такой расчет подходит только для сетевого трансформатора, который будет работать от сети в 220 В и 50 Гц.

Для высокочастотных приборов используются совершенно другие формулы, где придется проводить расчет потерь трансформатора тока. Правда, формула коэффициента трансформации и у него точно такая же. Кстати, в этих устройствах устанавливается ферромагнитный сердечник.

Заключение по теме

В этой статье мы постарались ответить на вопрос, как рассчитать трансформатор сетевого типа? Данный принцип подбора является упрощенным. Но для практических целей он даже очень достаточный. Так что новичкам лучше использовать именно его, и не лезть в дебри математических выкладок с большим количеством составляющих. Конечно, в нем не учитываются все потери, но округления показателей компенсируют их.