Простой расчет трансформатора. Онлайн-калькулятор расчёта по размерам магнитопровода габаритной мощности трансформатора. Ламповый звук hi-end и ретро электроника
Такая методика расчета трансформаторов конечно очень приблизительная но для радиолюбительской практики вполне подходит.
Кроме этого все нижеперечисленные расчеты актуальны только лишь для трансформаторов с Ш-образным сердечником и для работы с током промышленной частоты 50 Гц.
Итак, начнем….
Задача: нужен трансформатор с выходным напряжением 12V и током на вторичной обмотке не менее 1A. (если обмоток несколько то токи складываются).
Мощность вторичной обмотки получается 12V* 1A =12W.
Так как КПД у трансформаторов приблизительно 85%, то мощность забираемая первичкой при работе будет приблизительно в 1,2 раза выше и получится 12W * 1.2 = 14.4W.
Где S- площадь сердечника, P1- мощность первичной обмотки
.
получится 4,93 кв.см. (ну в общем округлим до 5….)
Это необходимая минимальная площадь сердечника. Если есть возможность применить больше-это даже лучше.
Здесь:
W- количество витков,
Ктр- коэффициент трансформации,
Так как мы решили взять Ктр=50, то считаем:
W1= 50/5 * 220 = 2200
W2= 50/5 * 12 = 120
где I это ток протекающий через обмотку.
Ах, да…. мы же еще не знаем ток который будет потреблять первичка….
Ну, что же, это тоже не проблема: напряжение мы знаем, мощность тоже, получается:
I1= P1/U1 = 14.4/220 = 0.065A.
Итак:
диаметр провода для первички будет:
D1 = 0,7 * на корень из 0,065 = 0,18 мм.
Для вторичной обмотки:
D2 = 0.7 * на корень из 1 = 0,7 мм.
Вот и весь расчет!
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,
- U1 — напряжение первичной обмотки, В.
5. Определение необходимого сечения сердечника магнитопровода
S = 1,3*√ Pт , где
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 — пло
Мощность вторичной обмотки трансформатора. Расчёт и изготовление силового трансформатора
Наиболее ответственной и дорогой деталью силового блока радиоустройства, питающегося от сети переменного тока, является силовой трансформатор. Один из примеров принципиальной схемы трансформатора приведён на рис. 1. Трансформатор имеет сердечник, собранный из тонких пластин трансформаторной стали. Обмотки трансформатора выполняются из медного изолированного провода на прессшпановом каркасе.
Сердечники трансформатора собираются из пластин двух типов: Г-образных и Ш-образных. Типом пластин определяется и конструкция трансформаторов, которые показаны на рис. 2.
На стержневом сердечнике (Г-образные пластины) обмотки трансформатора размещаются равномерно на обоих стержнях (рис. 2, а), например на одном стержне размещаются первичная (сетевая) обмотка и понижающая для накала ламп, а на другом — вторичная повышающая (высоковольтная) обмотка. При этом типе пластин обмотки иногда размещаются и на одном стержне сердечника.
На броневом сердечнике (Ш-образные пластины) все обмотки помещаются на его среднем стержне (рис. 2, б).
Если мы подключим первичную обмотку I трансформатора к источнику переменного тока (рис. 3), по ней будет протекать переменный ток, который создаст в сердечнике переменный магнитный поток. Так как на втором стержне трансформатора расположена вторичная обмотка II, переменный магнитный поток будет пересекать витки вторичной обмотки, вследствие чего в ней (по закону электромагнитной индукции) будет наводиться электродвижущая сила (ЭДС). Если параллельно вторичной обмотке включить прибор (вольтметр), он покажет величину индуктированного напряжения.
Для того чтобы понизить напряжение электросети, вторичная обмотка должна иметь меньшее количество витков, чем сетевая, а для повышения напряжения — большее по сравнению с первичной (сетевой) обмоткой.
Для питания радиоаппаратуры требуются различные напряжения: высокое (с последующим выпрямлением) для питания анодных цепей и цепей экранных сеток ламп и два низких — для питания цепей накала ламп и отдельно для накала кенотрона, если он применяется в выпрямителе (исключение составляет только кенотрон 6Ц5С, нить накала которого можно питать от общей обмотки накала).
Вследствие потерь в сердечнике и обмотках от вторичной обмотки трансформатора никогда нельзя получить ту же мощность, какая была подведена к первичной обмотке. Отсюда существует понятие о КПД (коэффициент полезного действия) трансформатора. Самодельные трансформаторы, рассчитанные по упрощенным формулам к выполненные на обычной трансформаторной стали, имеют КПД обычно ее выше 70-80%.
Предположим, что трансформатор должен обеспечить питанием усилитель или приёмник, потребляющий по анодным цепям ток 100 мА при напряжении 250 В и по цепи накала ток 2 А при напряжении 6,3 В. Для выпрямления переменного тока берем кенотрон 5Ц4С, для накала нити которого требуется ток 2 а при напряжении 5 В (для определения токов, потребляемых электродами той или иной лампы, следует пользоваться их справочными данными).
Таким образом, с большим приближением (без учета падения напряжения на внутреннем сопротивлении кенотрона и дросселе фильтра) вторичная обмотка должна быть рассчитана на напряжение 250 В и силу тока 100 мА (0,1 А), обмотка накала ламп на напряжение 6,3 В и силу тока 2 А, а обмотка накала кенотрона на 5 В и ток 2 А. Подсчитываем их мощность по формуле
где U в вольтах, а I в амперах. Следовательно, P1=250*0,1=25 Вт, Р2=5*2=10 Вт, Р3=6,3*2=12,6 Вт.
P сб = P1 + P2 + P3 … Вт (2)
Мощность во всех трех вторичных обмотках будет равна
Р сб = 25 + 10+ 12,6 = 47,6 Вт.
Если принять КПД трансформатора, изготовленного в любительских условиях, не выше 80%, потребляемую от сети мощность можно подсчитать по формуле
Р пер = 1,2*Р сб. (3)
В нашем случае мощность, потребляемая от сети, будет равна
Р пр = 1,2*47,6 = 57,12 Вт.
Следующий этап расчёта — определение сечения сердечника, т, е площади сердечника в квадратных сантиметрах — Q см 2 . Рассчитывается она по формуле
Qсм 2 = 1,2*P пер 0,5 = см 2 . (4)
Так как сердечник собирается из тонких пластин, изолированных друг от друга, в формулу введён коэффициент 1,2, учитывающий заполнение сердечника. Таким образом, сечение сердечника нашего трансформатора будет равно
Q см 2 = 1*2 57,12 0,5 = 9,07 см 2
(считаем округленно 9,0 см 2).
После этого нужно определить ширину пластин среднего стержня (если пластины Ш-образные) и толщину набора в см. Перемножив эти величины, получим площадь сечения стержня. Так как расчет всех геометрических размеров сердечника (площадь окна, толщина набора и ширина пластин) для начинающего радиолюбителя — дело довольно сложное, можно просто считать отношение ширины пластин стержня к толщине набора равным от 1 до 2.
Таблица 1
При таком соотношении можно быть уверенным, что полученное из дальнейшего расчёта количество витков уложится в окно сердечника. Из приведенных в табл. 1 данных выбираем пластины Ш-25, при которых толщина набора получится 3,6 см, а отношение сторон будет равно 1,44, так как 9 см 2: 2,5 см = 3,6 см, а 3,6:2,5 = 1,44.
n0 = (45 — 60)/Q = витков, (5)
гд
advsk.ru
Силовые трансформаторы, простой расчет — Радиомастер инфо
В статье на конкретном примере приводится простой метод расчета силового трансформатора для блока питания или зарядного устройства.
- Перед тем, как использовать силовой трансформатор необходимо определиться с его мощностью.
Например, нужно рассчитать силовой трансформатор для зарядного устройства, которым будем заряжать автомобильные аккумуляторы емкостью до 60 А/час.
Как известно, ток заряда равен 0,1 от емкости аккумулятора, в нашем случае это 6 Ампер.
Напряжение для заряда аккумулятора должно быть не менее 15 В, плюс падение напряжения на диодах и токоограничивающем резисторе, примем его около 5 В.
Итого, напряжение вторичной обмотки должно быть около 20 В, при токе до 6 А. Мощность при этом, будет равна Р = 6 А х 20 В = 120 Вт.
К.п.д. силового трансформатора при мощности до 60 Вт составляет 0,75. При мощности до 150 Вт 0,8 и при больших мощностях 0,85.
В нашем случае принимаем к.п.д. равным 0,8.
При мощности вторичной обмотки 120 Вт, с учетом к.п.д. мощность первичной обмотки равна:
120 Вт : 0,8 = 150 Вт.
- По этой мощности определяем площадь поперечного сечения сердечника, на котором будут расположены обмотки.
S (см2) = (1,0 ÷1,2) √Р
Коэффициент перед корнем квадратным из мощности зависит от качества электротехнической стали сердечника.
Принимаем его равным среднему значению 1,1 и получаем площадь сердечника равной 13,5 см2.
- Теперь нужно определить дополнительную величину – количество витков на вольт. Обозначим ее N.
N = (50 ÷70)/S (см2)
Коэффициент от 50 до 70 зависит от качества стали. Возьмем среднее значение 60. Получаем количество витков на вольт равным:
N = 60/13,5 = 4,44
Округлим это значение до 4,5 витка на вольт.
Первичная обмотка будет работать от 220 В. Ее количество витков равно 220 х 4,5 = 990 витков.
Вторичная обмотка должна выдавать 20 В. Ее количество витков равно 20 х 4,5 = 90 витков.
- Осталось определить диаметр провода обмоток.
Для этого нужно знать ток каждой обмотки. Для вторичной обмотки ток нам известен, его величина 6 А.
Ток первичной обмотки определим, как мощность, деленную на напряжение. (Сдвиг фаз для упрощения расчета учитывать не будем).
I1 = 150 Вт / 220 В = 0,7 А
Диаметр провода определяем по формуле:
D(мм) = (0,7÷0,8)√I(А)
Коэффициент перед корнем квадратным влияет на плотность тока в проводе. Чем больше его значение, тем меньше будет греться провод при работе. Примем среднее значение.
Для меди плотность тока до 3,2 А/мм кв, для алюминиевых проводов до 2А/мм кв.
Диаметр провода первичной обмотки:
D1 = 0,75 √0,7 = 0,63 мм
Диаметр провода вторичной обмотки:
D2 = 0,75 √6 = 1,84 мм
Для намотки выбираем ближайший больший диаметр. Если нет толстого провода для вторичной обмотки, можно намотать ее в два провода. При этом суммарная площадь сечения проводов должна быть не меньше площади сечения для рассчитанного диаметра провода. Как известно, площадь сечения равна πr² , где π это 3,14, а r — радиус провода.
Вот и весь расчет.
Если вторичных обмоток несколько, сумма их мощностей не должна превышать величину, равную мощности первичной обмотки, умноженной на к.п.д. Количество витков на вольт одинаково для всех обмоток конкретного трансформатора. Если известно количество витков на вольт, можно намотать обмотку на любое напряжение, главное, чтобы она влезла в окно магнитопровода. Диаметр провода каждой обмотки определяется исходя из величины тока этой обмотки.
Овладев этой простой методикой, вы сможете не только изготовить нужный вам силовой трансформатор, но и подобрать уже готовый.
Материал статьи продублирован на видео:
radiomasterinfo.org.ua
формулы, фото и видео как рассчитать потери 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.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?
- Это снижение напряжения до необходимых параметров.
- 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.
Трансформатор позволяет понизить напряжение до необходимых параметров.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.
Разновидности сердечников для трансформатора.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.
Обозначение трансформатора на схеме.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.
onlineelektrik.ru
Расчет силового трансформатора: по мощности, нагрузке, формулы
Расчетный срок службы трансформатора обеспечивается при соблюдений условий:
При проектировании, строительстве, пуске и эксплуатации эти условия никогда не выполняются (что и определяет ценологическаятеория).
Определение номинальной мощности трансформатора
Для правильного выбора номинальной мощности трансформатора (автотрансформатора) необходимо располагать суточным графиком нагрузки, из которого известна как максимальная, так и среднесуточная активная нагрузки данной подстанции, а также продолжительность максимума нагрузки.
График позволяет судить, соответствуют ли эксплуатационные условия загрузки теоретическому сроку службы (обычно 20…25 лет), определяемому заводом изготовителем.
Для относительного срока службы изоляции и (или) для относительного износа изоляции пользуются выражением, определяющим экспоненциальные зависимости от температуры. Относительный износ L показывает, во сколько раз износ изоляции при данной температуре больше или меньше износа при номинальной температуре. Износ изоляции за время оценивают по числу отжитых часов или суток: Н=Li.
В общем случае, когда температура изоляции не остается постоянной во времени, износ изоляции определяется интегралом:
В частности, среднесуточный износ изоляции:
Влияние температуры изоляции определяет, сколько часов с данной температурой может работать изоляция при условии, что ееизнос будет равен нормированному износу за сутки:
При температуре меньше 80°С износ изоляции ничтожен и им можно пренебречь. Температура охлаждающей среды, как правило, не равна номинальной температуре и, кроме того, изменяется во времени. В связи с этим для упрощения расчетов используют эквивалентную температуру охлаждающей среды, под которой понимают такую неизменную за расчетный период температуру, при которой износ изоляции трансформатора будет таким же, как и при изменяющейся температуре охлаждающей среды в тот же период.
Допускается принимать эквивалентную температуру за несколько месяцев или год равной среднемесячным температурам или определять эквивалентные температуры по специальным графикам зависимости эквивалентных месячных температур от среднемесячных и среднегодовых, эквивалентных летних (апрель—август), осенне-зимних (сентябрь—март) и годовых температур от среднегодовых.
Если при выборе номинальной мощности трансформатора на однотрансформаторной подстанции исходить из условия
(где Рмах — максимальная активная нагрузка пятого года эксплуатации; Рр — проектная расчетная мощность подстанции), то при графике с кратковременным пиком нагрузки (0,5… 1,0 ч) трансформатор будет длительное время работать с недогрузкой. При этом неизбежно завышение номинальной мощности трансформатора и, следовательно, завышение установленной мощности подстанции.
В ряде случаев выгоднее выбирать номинальную мощность трансформатора близкой к максимальной нагрузке достаточной продолжительности с полным использованием его перегрузочной способности с учетом систематических перегрузок в нормальном режиме.
Режимы работы трансформатора
Наиболее экономичной работа трансформатора по ежегодным издержкам и потерям будет в случае, когда в часы максимума он работает с перегрузкой (эксплуатация же стремится работать в режимах, когда в часы максимума загрузки данного трансформатора он не превышает свою номинальную мощность). В реальных условиях значение допустимой нагрузки выбирается в соответствии с графиком нагрузки и коэффициентом начальной нагрузки и зависит также от температуры окружающей среды, при которой работает трансформатор.
Коэффициент нагрузки, или коэффициент заполнения суточного графика нагрузки, практически всегда меньше единицы:
В зависимости от характера суточного графика нагрузки (коэффициента начальной загрузки и длительности максимума), эквивалентной температуры окружающей среды, постоянной времени трансформатора и вида его охлаждения согласно ГОСТ допускаются систематические перегрузки трансформаторов.
Перегрузки силовых трансформаторов
Перегрузки определяются преобразованием заданного графика нагрузки в эквивалентный в тепловом отношении (рис. 3.5). Допустимая нагрузка трансформатора зависит от начальной нагрузки, максимума нагрузки и его продолжительности и характеризуется коэффициентом превышения нагрузки:
Допустимые систематические перегрузки трансформаторов определяются из графиков нагрузочной способности трансформаторов, задаваемых таблично или графически. Коэффициент перегрузки передается в зависимости от среднегодовой температуры воздуха /сп вида охлаждения и мощности трансформаторов, коэффициента начальной нагрузки кн н и продолжительности двухчасового эквивалентного максимума нагрузки tmах.
Для других значений tmax допустимый можно определить по кривым нагрузочной способности трансформатора.
Если максимум графика нагрузки в летнее время меньше номинальной мощности трансформатора, то в зимнее время допускается длительная 1%я перегрузка трансформатора на каждый процент недогрузки летом, но не более чем на 15 %. Суммарная систематическая перегрузка трансформатора не должна превышать 150 %. При отсутствии систематических перегрузок допускается длительная нагрузка трансформаторов током на 5 % выше номинального при условии, что напряжение каждой из обмоток не будет превышать номинальное.
На трансформаторах допускается повышение напряжения сверх номинального: длительно — на 5 % при нагрузке не выше номинальной и на 10% при нагрузке не выше 0,25 номинальной; кратковременно (до 6 ч в сутки) — на 10 % при нагрузке не выше номинальной.
Дополнительные перегрузки одной ветви за счет длительной недогрузки другой допускаются в соответствии с указаниями заводом — изготовителя. Так, трехфазные трансформаторы с расщепленной обмоткой 110 кВ мощностью 20, 40 и 63 М ВА допускают следующие относительные нагрузки: при нагрузке одной ветви обмотки 1,2; 1,07; 1,05 и 1,03 нагрузки другой ветви должны составлять соответственно 0; 0,7; 0,8 и 0,9.
Расчет номинальной мощности трансформатора
Номинальная мощность, MB • А, трансформатора на подстанции с числом трансформаторов п > 1 в общем виде определяется из выражения
Для сетевых подстанций, где примерно до 25 % потребителей из числа малоответственных в аварийном режиме может быть отключено, обычно принимается равным 0,75…0,85. При отсутствии потребителей III категории К 1-2 = 1 Для производств (потребителей) 1й и особой группы известны проектные решения, ориентирующиеся на 50%ю загрузку трансформаторов.
Рекомендуется широкое применение складского и передвижного резерва трансформаторов, причем при аварийных режимах допускается перегрузка трансформаторов на 40 % на время максимума общей суточной продолжительностью не более 6 ч в течение не более 5 сут.
При этом коэффициент заполнения суточного графика нагрузки трансформаторов кн в условиях его перегрузки должен быть не более 0,75, а коэффициент начальной нагрузки кпн — не более 0,93.
Так как К1-2 < 1, а Кпер > 1 их отношение К = К 1-2 / К пер. всегда меньше единицы и характеризует собой ту резервную мощность, которая заложена в трансформаторе при выборе его номинальной мощности. Чем это отношение меньше, тем меньше будет закладываемый в трансформаторы резерв установленной мощности и тем более эффективным будет использование трансформаторной мощности с учетом перегрузки.
Завышение коэффициента к приводит к завышению суммарной установленной мощности трансформаторов на подстанции.
Уменьшение коэффициента возможно лишь до такого значения, которое с учетом перегрузочной способности трансформатора и возможности отключения неответственных потребителей позволит покрыть основную нагрузку одним оставшимся в работе трансформатором при аварийном выходе из строя второго трансформатора.
Таким образом, для двухтрансформаторной подстанции
В настоящее время существует практика выбора номинальной мощности трансформатора для двух трансформаторной подстанции с учетом значения к = 0,7, т.е.
Формально выражение (3.14) выглядит ошибочно: действительно, единица измерения активной мощности — Вт; полной (кажущейся) мощности — ВА. Есть различия и в физической интерпретации S и Р. Но следует подразумевать, что осуществляется компенсация реактивной мощности на шинах подстанции 5УР, ЗУР и что коэффициент мощности cos ф находится в диапазоне 0,92… 0,95.
Тогда ошибка, связанная с упрощением выражения (3.13) до (3.14), не превышает инженерную ошибку 10%, которая включает в себя и приблизительность значения 0,7, и ошибку в определении фиксированного Рмах
Таким образом, суммарная установленная мощность двухтрансформаторной подстанции
При этом значении к в аварийном режиме обеспечивается сохранение около 98 % Рмах без отключения неответственных потребителей. Однако, учитывая принципиально высокую надежность трансформаторов, можно считать вполне допустимым отключение в редких аварийных режимах какойто части неответственных потребителей.
При двух и более установленных на подстанции трансформаторах при аварии с одним из параллельно работающих трансформаторов оставшиеся в работе трансформаторы принимают на себя его нагрузку. Эти аварийные перегрузки не зависят от предшествовавшего режима работы трансформатора, являются кратковременными и используются для обеспечения прохождения максимума нагрузки.
Далее приведены значения кратковременных перегрузок масляных трансформаторов с системами охлаждения М, Д, ДЦ, Ц сверх номинального тока (независимо от длительности предшествующей нагрузки, температуры окружающей среды и места установки).
Аварийные перегрузки масляных трансформаторов со всеми видами охлаждения:
Для трехобмоточных трансформаторов и автотрансформаторов указанные перегрузки относятся к наиболее нагруженной обмотке.
pue8.ru
Расчет полной расчетной мощности трансформатора
При проектировании трансформаторов основным параметром является его мощность. Именно она определяет габариты трансформатора. При этом основным определяющим фактором будет полная мощность, отдаваемая в нагрузку:
Для трансформатора с большим количеством вторичных обмоток полную мощность можно определить, просуммировав мощности, потребляемые нагрузками, подключенными ко всем его обмоткам:
(2)При полностью резистивной нагрузке (отсутствие индуктивной и емкостной составляющей в токе) потребляемая мощность активна и равна отдаваемой мощности S 2 . При расчете трансформатора важным параметром является типовая или габаритная мощность трансформатора. В этом параметре кроме полной мощности учитывается мощность, потребляемая трансформатором от сети по первичной обмотке. Типовая мощность трансформатора вычисляется следующим образом:
(3)Определим типовую мощность для трансформатора с двумя обмотками. Полная мощность первичной обмотки S 1 = U 1 I 1 , где U 1 , I 1 — действующие значения напряжения и тока Именно этой мощностью определяются габариты первичной обмотки. При этом число витков первичной обмотки трансформатора зависит от входного напряжения, сечение провода от протекающего по ней максимального тока (действующее значение). Габаритная мощность трансформатора определяет необходимое сечение сердечника s с. Ее можно рассчитать следующим образом:
(4)Напряжение на первичной обмотке трансформатора можно определить из выражения U 1 = 4k ф W 1 fs B m , где s – площадь сечения сердечника магнитопровода, определяемая как произведение ширины сердечника на его толщину. Эквивалентная площадь сечения сердечника трансформатора обычно меньше и зависит от толщины пластин или ленты и расстояния между ними, поэтому при расчете трансформатора вводится коэффициент заполнения сердечника, который определяется как отношение эквивалентной площади сечения сердечника магнитопровода к его геометрической площади . Его значение обычно равно k c = 1 … 0,5 и зависит от толщины ленты. Для прессованных сердечников (изготовленных из феррита, альсифера или карбонильного железа) k c = 1. Таким образом, s = k c s c и выражение для напряжения первичной обмотки трансформатора принимает следующий вид:
U 1 = 4k ф k c W 1 fs c B m (5)Аналогичное выражение можно записать и для вторичной обмотки. В трансформаторе с двумя обмотками мощность первичной обмотки и типовая мощность трансформатора равны. Мощность первичной обмотки можно определить по следующему выражению:
U 1 = U 1 I 1 = 4k ф k c fs c B m W 1 I 1 (6)При этом типовая мощность трансформатора будет рассчитываться по следующей формуле:
(7)Отношение тока в проводе обмотки к его сечению называется плотностью тока. В правильно рассчитанном трансформаторе плотность тока во всех обмотках одинакова:
(8) где s обм1 , s обм2 — площади сечения проводников обмоток.Заменим токи I 1 = js обм1 и I 2 = js обм2 , тогда сумма в скобках выражения (7) может быть записана следующим образом: W 1 I 1 + W 2 I 2 = , j (s обм1 W 1 + s обм2 W 2) = js м, где s м — сечение всех проводников (меди) в окне сердечника трансформатора. На рисунке 1 приведена упрощенная конструкция трансформатора, где отчетливо видны площадь сердечника s с, площадь окна магнитопровода s ок и площадь, занимаемая проводниками первичной и вторичной обмоток s м.
Рисунок 1 Упрощенная конструкция трансформатора
Введём коэффициент заполнения окна медью . Его величина находится в пределах k м = 0,15 … 0,5 и зависит от толщины изоляции проводов, конструкции каркаса обмоток, межслойной изоляции, способа намотки провода. Тогда js м = jk м s ок и выражение для типовой мощности трансформатора можно записать следующим образом:
(9)Из выражения (9) следует, что т
tmzs.ru
Мощность трансформатора, какая должна быть, как её подобрать, рассчитать.
Тема: какой мощности должен быть трансформатор на блоке питания, как ее узнать.
Трансформатор является преобразователем электрической энергии. С его помощью можно легко трансформировать одну величину тока и/или напряжения в другую. Конструкция его достаточно проста. Он состоит из следующих основных функциональных частей: магнитопровод определенной формы, катушки, каркас, на который и наматываются рабочие катушки. Магнитопровод делают в виде тора (круглой формы), Ш-образной и П-образной формы. Каждая форма имеет свои особенности в работе.
Магнитопровод трансформатора, рассчитанный на работу с низкой частотой (промышленная частота в 50 Гц) делают из листового железа. Это позволяет снизить потери при работе устройства. Трансформатор, что работает на более высоких частотах уже имеет магнитопровод из феррита различных марок. Мощность трансформатора напрямую связана с размерами магнитопровода, материалом (из которого он сделан), частотой, на которой устройству приходится работать.
Самый простой вариант трансформатора содержит в себе две обмотки, называемые первичной и вторичной. Первичная обмотка является входной, вторичная — выходной. Первичная может состоять из нескольких обмоток (или одной, но с отводом), рассчитанных на различное входное напряжение (обычно можно встретить на 220 вольт и на 110). У вторичной может быть гораздо больше обмоток, в зависимости от количества различных напряжений, что нужно получить под разные нужды от одного трансформатора.
Теперь, что касается самой электрической мощности трансформатора. На практике обычно бывает так — есть электротехническое устройство потребитель (нагрузка), которое нужно запитать. Известно напряжение его питания и сила тока, что оно потребляет при своей работе. Под это устройство нужно подобрать соответствующий блок питания. Напомню, что электрическую мощность можно найти по следующей простой формуле: P=U*I (мощность в ваттах равна напряжение в вольтах умноженное на силу тока в амперах). Следовательно, зная напряжение и ток нагрузки мы легко вычисляем мощность устройства. Блок питания должен иметь чуть большую мощность, чем нагрузка, которую он будет питать (запас по мощности должен быть не менее 25%).
Поскольку трансформатор является основным функциональным элементом, определяющий общую мощность блока питания (трансформаторного), то именно его мощность должна быть правильно рассчитана и подобрана под нагрузку. Итак, к примеру, есть небольшой, двухканальный усилитель звуковой частоты, мощность которого 20 ватт на канал. Питание у него 12 вольт. Под него нужно собрать (найти) подходящий трансформаторный блок питания. Общая мощность этого усилителя будет равна 40 ватт (два канала по 20 ватт). Следовательно, с учетом запаса, нам нужно найти понижающий силовой трансформатора, у которого мощность будет не меньше 50 ватт. Поскольку нагрузка нуждается в 12 вольтах, то и вторичная обмотка трансформатора должна быть рассчитана на это напряжение.
Минимальные размеры (при той же мощности) будет у трансформатора круглой формы (тора), но его сложнее мотать (если это делать самому). Ш-образные и П-образные легче наматывать, они проще в своей разборке и сборке, хотя и имеют чуть большие размеры и вес. Мощность трансформатора (если говорить о трансформаторах, рассчитанных на стандартную частоту сети 50 герц, имеющие железные магнитопровод) имеет прямую зависимость от площади поперечного сечения основной части сердечника, где намотан провод обмоток. Формулу зависимости площади сечения магнитопровода трансформатора от его мощности можно выразить так: мощность трансформатора (ватты) равна квадрату площади поперечного сечения основной части магнитопровода (квадратные сантиметры).
То есть, если мы имеем понижающий силовой трансформатор (с металлическим сердечником), но мощность его нам неизвестна, то нужно взять и измерить его толщину и ширину основной его части (где намотан провод). Далее узнаем сечение этой части, перемножаем эту ширину и толщину (в сантиметрах). Полученный результат возводится в квадрат. Вот и получаем мощность, которой обладает этот трансформатор, с этим магнитопроводом. Либо при покупке сразу смотрим или узнаем номинальную мощность приобретаемого трансформатора.
Поскольку электрическая мощность равна произведению силы тока на напряжение, то при одной и той же мощности нам нужно будет учитывать, что если мы увеличиваем напряжение, то придется жертвовать уменьшением силы тока (уменьшая диаметр, сечение провода вторичной обмотки), и наоборот, увеличивая ток на выходе трансформатора, мы будем вынуждены снижать напряжение (уменьшая количество витков в обмотке). Если важен и ток и напряжение на выходе трансформатора, а вся вторичная обмотка не помещается в магнитопровод, то, естественно, нужно увеличивать размеры этого магнитопровода, повышая общую мощность трансформатора.
P.S. В каком-то смысле импульсные трансформаторы, рассчитанные на работу с более высокими частотами, нежели стандартные 50 герц, можно назвать резиновыми по своей мощности. То есть, при пропускании через них тока одной частоты они будут выдавать одну мощность, если же частоту этого тока увеличить, то и мощность этого трансформатора также будет увеличена, при тех же самых его размерах магнитопровода. Но для таких высокочастотных трансформаторов уже используются специальные электронные схемы преобразователей, и содержат в себе сердечники из феррита различных марок (вместо железа).
electrohobby.ru