Расчет мощности трансформатора по железу: Калькулятор расчёта трансформатора питания онлайн / Калькулятор / Элек.ру

Содержание

многократно проверенный расчет сетевого трансформатора

2. Расчет сетевого (силового) трансформатора.

Классический расчет трансформатора достаточно сложен и требует знания почти всех характеристик, которые мы не можем знать, т.к. для использования мы берем всегда случайно попавший к нам сердечник. Поэтому, здесь для расчета трансфор-матора предлагается эмпирический метод, многократно проверенный радиолюби-телями и основанный на практическом применении.
Рис.1. Трансформатор. Общий вид и условное обозначение.

Чтобы не загружать данную страницу, вы можете почитать о принципе действия трансформатора, о параметрах и характеристиках отдельно.
Для расчета сетевого трансформатора необходимо знать исходные данные, а именно напряжения и токи каждой обмотки. Первым шагом является определение суммарной мощности, которая вычисляется как сумма мощностей, потребляемой каждой об-моткой (мощность — это произведение тока на напряжение), поэтому:
,где U1I1, U2I2 и т.

д. — произведения напряжений и то-ков вторичных обмоток (здесь ток — это максимальный ток нагрузки). Теперь определяем габаритную мощность, которая получается при делении на КПД:

КПД заранее знать нельзя, но ее можно определить по таблице 1:

Наиболее распространенные две формы сердечника:

Рис. 2. Формы сердечника трансформатора и расположение катушек на сердечнике

Зная габаритную мощность трансформатора, находим сечение рабочего керна его сердечника, на котором находится катушка:

S — получается в квадратных сантиметрах.
Теперь находим ширину рабочего керна сердечника по формуле:

По полученному значению а (см.) выбираем из имеющихся в наличии сердечников данное значение (можно больше), и находим толщину пакета

с (см.):

Теперь определяем количество витков, приходящихся на 1 вольт напряжения:

Коэффициент К обычно лежит в пределах от 35 до 60. В первую очередь он зави-сит от свойств пластин стали сердечника. Для стали толщиной 0,35 мм, для сер-дечников С-образной формы, витых из тонкой стали, К=35. Для сердечников О-образной формы, собранный из П- или Г-образных пластин без отверстий по уг-лам, берем К=40. Если применяются пластины типа Ш без отверстий, то К=45, с отверстиями К=50. Для пластин Ш-образной формы с отверстиями, толщиной 0,35 мм, К=60. Т.е. значением К можно варьировать, но учитывать, что уменьшение К облегчает намотку, но ужесточает работу трансформатора. При применении плас-тин из высококачественной стали этот коэффициент можно немного уменьшить, а при низком качестве нужно увеличить.
Теперь можно найти количество витков первичной обмотки:

Для определения количества витков вторичной обмотки, необходимо вводить до-полнительный коэффициент m, учитывающий падение напряжения на ней:

Коэффициент m зависит от силы тока, протекающего по данной обмотке, табл. 2:

Диаметр проводов вторичных обмоток можно найти:

где d-диаметр провода по меди, мм; I-сила тока в обмотке, А; p-коэффициент, учитывающий допустимый нагрев, зависящий от марки провода, табл. 3:

Силу тока в первичной обмотке можно определить так:

Пример расчета.
Нужно рассчитать трансформатор со следующими данными:
U1=6,3В, I1=1,5А; U2=12В, I2=0,3А; U3=120В, I3=0,059А. Находим суммарную мощность: Рсумм=6,3*1,5+12*0,3+120*0,059=20,13 Вт. С помощью табл.1 определяем габаритную мощ-ность: Рг=20,13/0,85=23,7 Вт. Находим сечение трансформатора:

Находим приближенное значение ширины рабочего керна:

Выбираем пластины трансформатора типа Ш-19, для которых а=1,9 см, и находим толщину пакета:
с=S/a=5,84/1,9=3,1 см.
Фактически полученное сечение рабочего керна сердечника:
S=ac=1,9*3,1=5,89 см2.


Определяем коэффициент К. Допустим, что используются пластины трансформа-торной стали типа Ш-19 без отверстий по углам. Тогда К=45.
Находим количество витков на 1 В:
n=K/S=45/5,89=7,64.
Определяем количество витков первичной обмотки при питании от сети напряжением 220 В:
WI=UI*n=220*7,64=1680 витков.
Находим из табл. 3 коэффициент m для каждой из вторичных обмоток:
при I1=1,5A, m1=1,04;
при I2=0,3A, m2=1,02;
при I3=0,059A, m3=1,00.
Определяем количество витков каждой из вторичных обмоток с округлением до ближайшего целого числа:
W1=m1U1n=1,04*6,3*7,64=50 витков;
W2=m2U2n=1,02*12*7,64=94 витков;
W3=m3U3n=1,00*120*7,64=917 витков;
Находим силу тока в первичной обмотке:
I1=Pг/Uсети=23,7/220=0,108 А.
Находим диаметр провода первичной обмотки:

Находим диаметры проводов вторичных обмоток. Для этого составляем таблицу намоточных данных, где диаметры проводов по меди выбраны из ближайших больших стандартных значений, а диаметры проводов в изоляции взяты на 10% больше, чем диаметры проводов по меди, табл. 4.

Многократно проверенный расчет сетевого трансформатора. Все.

Выбор и расчёт сердечника трансформатора


Площадь сечения сердечника трансформатора -очень важный параметр. На величину магнитного потока, создаваемого в сердечнике трансформатора, кроме числа витков первичной обмотки и величины протекающего в ней тока, оказывает влияние и размер самого сердечника. Если трансформатор имеет сердечник малого размера, то создать в таком сердечнике магнитный поток большой величины нельзя и на выходе такого трансформатора получить большую мощность не удастся. Это объясняется тем, что материал, из которого изготовлен сердечник, имеет способность насыщаться. Явление

насыщения трансформатора состоит в том, что, несмотря на увеличение тока в обмотке, магнитный поток в сердечнике, достигнув некоторой максимальной величины, далее практически не изменяется.

Предположим, что имеется катушка с железным сердечником, по которой протекает постоянный ток. При увеличении тока магнитный поток будет также увеличиваться. При малых величинах тока возрастание потока окажется пропорциональным увеличению тока. Затем поток будет нарастать всё медленнее и наконец при некоторой величине тока перестанет увеличиваться совсем. Наступит

насыщение стали (насыщение сердечника).

В трансформаторе режим насыщения приводит к тому, что передача энергии из первичной обмотки во вторичную частично прекращается. Нормальная работа трансформатора возможна лишь тогда, когда магнитный поток в его сердечнике изменяется пропорционально изменению тока в первичной обмотке. Для выполнения этого условия необходимо, чтобы сердечник не был в состоянии насыщения, а это возможно лишь тогда, когда его объём и сечение не меньше вполне определённой величины. Следовательно, чем больше мощность трансформатора, тем большим должен быть его сердечник.

Расчёт мощности трансформатора.

Формула.

На практике часто приходится рассчитывать сечение сердечника по заданной мощности трансформатора:

Sсерд = 1.2√P, см2

Если известно сечение сердечника, то можно ориентировочно рассчитать мощность трансформатора по формуле:

P = S2серд / 1.44, вт.


Расчет трансформатора

Трансформаторы используются в блоках питания различной аппаратуры для преобразования переменного напряжения. Блоки питания, собранные по трансформаторной схеме, постепенно снижают распространенность благодаря тому, что современная схемотехника позволяет понизить напряжение без самого громоздкого и тяжелого элемента системы питания. Трансформаторы для блока питания актуальны в тех случаях, когда габариты и масса не критичны, а требования к безопасности велики. Обмотки (кроме автотрансформатора) осуществляют гальваническое разделение и изоляцию цепей первичного (или сетевого) и вторичного (выходного) напряжений.

Трансформатор

Принцип действия и разновидности трансформаторов

Работа устройства основана на всем известном явлении электромагнитной индукции. Переменный ток, проходящий через провод первичной обмотки, наводит переменный магнитный поток в стальном сердечнике, а он, в свою очередь, вызывает появление напряжения индукции в проводе вторичных обмоток.

Совершенствование трансформатора с момента его изобретения сводится к выбору материала и конструкции сердечника (магнитопровода).

Типы сердечников

Металл для магнитопровода должен иметь определенные технические характеристики, поэтому были разработаны специальные сплавы на основе железа и особая технология производства.

Для изготовления трансформаторов наибольшее распространение получили следующие типы магнитопроводов:

  • броневые;
  • стержневые;
  • кольцевые.

Силовой трансформатор низкой частоты, как понижающий, так и повышающий, имеет сердечник из отдельных пластин трансформаторного железа. Такая конструкция выбрана из соображения минимизации потерь из-за образования вихревых токов в сердечнике, которые нагревают его и снижают КПД трансформатора.

Броневые сердечники наиболее часто выполняются из Ш-образных пластин. Стержневые магнитопроводы могут изготавливаться из П-образных, Г-образных или прямых пластин.

Кольцевые магнитопроводы выполняются из тонкой ленты трансформаторной стали,  намотанной на оправку и скрепленной клеящим составом.

Из ленты также могут выполняться броневые и стержневые сердечники, причем такая технология наиболее часто встречается у маломощных устройств.

Виды магнитопроводов

Ниже приведена методика расчета трансформатора, где показано:

  • как рассчитать мощность трансформатора;
  • как выбрать сердечник;
  • как определить количество витков и сечение (диаметр) проводов обмоток;
  • как собрать и проверить готовую конструкцию.

Исходные данные, необходимые для расчета

Расчет сетевого трансформатора начинается с определения его полной мощности. Поэтому, перед тем, как рассчитать трансформатор, нужно определиться с мощностью потребления всех, без исключения, вторичных обмоток. Согласно мощности выбирается сечение сердечника. Опять же, от мощности определенным образом зависит и КПД. Чем больше полная мощность, тем выше КПД. Принято в расчетах ориентироваться на такие значения:

  • до 50 Вт – КПД 0.6;
  • от 50 Вт до 100 Вт – КПД 0.7;
  • от 100 Вт до 150 Вт – КПД 0.8;
  • выше 150 Вт – КПД 0.85.

Количество витков сетевой и вторичной обмоток рассчитывается уже после выбора магнитопровода. Диаметр или поперечное сечение проводов каждой обмотки определяется на основании протекающих через них токов.

Выбор магнитопровода сердечника

Минимальное сечение сердечника в см2 определяется из габаритной мощности. Габаритная мощность трансформатора – это суммарная полная мощность всех вторичных обмоток с учетом КПД.

Итак, мощность трансформатора можно определить, это полная суммарная мощность всех вторичных обмоток:

Умножая полученное значение на КПД, завершаем расчет габаритной мощности.

Определение площади стержня сердечника производится после того, как произведен расчет габаритной мощности трансформатора из такого выражения:

S=√P.

Зная площадь сечения центрального стержня магнитопровода, можно подбирать нужный из готовых вариантов.

Важно! Сердечник, на котором будут располагаться обмотки, должен иметь, по возможности, сечение, как можно более близкое к квадрату. Площадь сечения должна быть равной или несколько больше расчетного значения.

Качество работы и технологичность сборки также зависит от формы магнитопровода. Наилучшим качеством обладают конструкции, выполненные на кольцевом магнитопроводе (тороидальные). Их отличает максимальный КПД для заданной мощности, наименьший ток холостого хода и минимальный вес. Основная сложность заключается в выполнении обмоток, которые в домашних условиях приходится мотать исключительно вручную при помощи челнока.

Проще всего делать трансформаторы на разрезных ленточных магнитопроводах типа ШЛ (Ш-образный) или ПЛ (П-образный). Как пример, можно привести мощный трансформатор блока питания старого цветного телевизора.

Трансформатор телевизора УЛПЦТИ

Трансформаторы старого времени выпуска или современные дешевые выполнены с использованием отдельных Ш,- или П-образных пластин. Технологичность выполнения обмоток у них такая же, как у ленточных разрезных, но трудность состоит в сборке магнитопровода. Такие устройства практически всегда будут иметь повышенный ток холостого хода, особенно, если используемое железо низкого качества.

Расчет количества витков и диаметра проводов

Расчет трансформатора начинается с определения необходимого количества витков обмоток на 1 В напряжения. Найденное значение будет одинаковым для любых обмоток. Для собственных целей можно применить упрощенный метод расчета. Посчитать, сколько надо витков на 1 В можно, подставив площадь сечения стержня магнитопровода в см2 в формулу:

где k – коэффициент, зависящий от формы магнитопровода и его материала.

На практике с достаточной точностью приняты следующие значения коэффициента:

  • 60 – для магнитопровода из Ш,- и П-образных пластин;
  • 50 – для ленточных магнитопроводов;
  • 40 – для тороидальных трансформаторов.

Большие значения связаны с невозможностью плотного заполнения сердечника отдельными металлическими пластинами. Как видно, наименьшее количество витков будет иметь тороидальный трансформатор, отсюда и выигрыш в массе изделия.

Зная, сколько витков нужно на 1 В, можно легко узнать количество витков каждой из обмоток:

где U – значение напряжения холостого хода на обмотке.

У маломощных трансформаторов (до 50 Вт) нужно получившееся количество витков первичной обмотки увеличить на 5%. Таким образом, компенсируется падение напряжения, которое возникает на обмотке под нагрузкой (в понижающих трансформаторах первичная обмотка всегда имеет большее количество витков, чем вторичные).

Диаметр провода рассчитываем с учетом минимизации нагрева вследствие протекания тока. Ориентировочным значением считается плотность тока в обмотках 3-7 А на каждый мм2 провода. На практике расчет диаметра проводов обмоток можно упростить, используя простые формулы, что дает допустимые значения в большинстве случаев:

Меньшее значение применяется для расчета диаметров проводов вторичных обмоток, поскольку у понижающего трансформатора они располагаются ближе к поверхности и имеют лучшее охлаждение.

Зная расчетное значение диаметра обмоточных проводов, нужно выбрать из имеющихся такие, диаметр которых наиболее близок к расчетному, но не менее.

После определения количества витков во всех обмотках, расчет обмоток трансформатора не лишним будет дополнить проверкой, поместятся ли обмотки в окно магнитопровода. Для этого подсчитайте коэффициент заполнения окна:

Для тороидальных сердечников c внутренним диаметром D формула имеет вид:

Для Ш,- и П-образных магнитопроводов коэффициент не должен превышать 0. 3. Если это значение больше, то разместить обмотку не получится.

Тороидальный трансформатор

Выходом из ситуации будет выбор сердечника с большим сечением, но это если позволяют габариты конструкции. В крайнем случае, можно уменьшить количество витков одновременно во всех обмотках, но не более чем на 5%. Несколько возрастет ток холостого хода, и не избежать повышенного нагрева обмоток, но в большинстве случаев это не критично. Также можно немного уменьшить провода по сечению, увеличив тем самым плотность тока в обмотках.

Важно! Увлекаться увеличением плотности тока нельзя, поскольку это вызовет сильный рост нагрева и, как следствие, нарушение изоляции и перегорание обмоток.

Изготовление обмоток

Намотка провода обмотки трансформатора производится на каркас, изготовленный из плотного картона или текстолита, за исключением тороидальных сердечников, в которых обмотка ведется непосредственно на магнитопровод, который перед намоткой нужно тщательно заизолировать. Можно использовать готовый пластиковый, который продается вместе с магнитопроводом.

Сборный каркас обмотки

Пластиковый каркас

Между отдельными обмотками нужно прокладывать межобмоточную изоляцию. Важнее всего – хорошо заизолировать вторичную обмотку от первичной. В качестве изоляции можно использовать трансформаторную бумагу, лакоткань, фторопластовую ленту. Ленту из фторопласта нужно использовать с осторожностью. Несмотря на высочайшие электроизоляционные качества, тонкая лента фторопласта под действием натяжения или давления (особенно межу первичной и вторичной обмотками) способна «потечь» и обнажить отдельные витки обмотки. Особенно этим страдает лента для уплотнения сантехнических изделий.

Фторопластовая лента

В отдельных, ответственных случаях, в процессе намотки можно пропитать первичную обмотку (если трансформатор понижающий) изоляционным лаком. Пропитка готового устройства в домашних условиях эффекта почти не даст, поскольку лак не попадет в глубину обмотки. Для этих целей на производствах существует аппаратура вакуумной пропитки.

Выводы обмоток делаются отрезками гибкого изолированного провода для проводов, диаметр которых менее 0.5 мм. Более толстый провод можно выводить напрямую. Места пайки гибкого и обмоточного проводов нужно дополнительно проложить несколькими слоями изоляции.

Обратите внимание! При пайке выводов нельзя оставлять на месте спайки острые концы проводов или застывшего припоя. Такие места нужно аккуратно обрезать бокорезами.

Сборка трансформатора

При сборке нужно учитывать следующие нюансы:

  1. Пакет сердечника должен собираться плотно, без щелей и зазоров;
  2. Отдельные части ленточного магнитопровода подогнаны друг к другу, поэтому менять местами их нельзя. Требуется аккуратность, поскольку при отслоении отдельных лент их невозможно будет установить на место;
  3. Деформированные пластины сборного сердечника нельзя выравнивать молотком – трансформаторная сталь теряет свои свойства при механических нагрузках;
  4. Пакет пластин сборного сердечника должен быть собран максимально плотно, поскольку при работе рыхлого сердечника будет издаваться сильный гул, увеличивающийся при нагрузке;
  5. Весь пакет сердечника любого типа нужно плотно стянуть по той же причине.

Обратите внимание! Качество сборки будет лучше, если торцы ленточного разрезного сердечника перед сборкой покрыть лаком. Также готовый собранный сердечник перед окончательной утяжкой можно покрыть лаком.

При этом можно добиться значительного понижения постороннего звука.

Проверка готового трансформатора заключается в измерении тока холостого хода и напряжения обмоток под номинальной нагрузкой и на нагрев при максимальной нагрузке. Все измерения рассчитанного и собранного трансформатора нужно проводить только после полной сборки, поскольку с незатянутым сердечником ток холостого хода может быть больше обычного в несколько раз.

Ток холостого хода сильно различается в трансформаторах различных типов и составляет от 10 мА для тороидальных трансформаторов, до 200 мА – с Ш-образным сердечником из низкокачественного трансформаторного железа.

Измерение холостого тока

Приведен расчет трансформатора, который при наличии навыков можно произвести за пару десятков минут. Для тех, кто сомневается в своих силах или боится сделать ошибку, расчет силового трансформатора можно выполнить, используя калькулятор для расчета, который может работать как в off-line, так и в on-line режимах. Согласно данной методике возможна перемотка перегоревшего трансформатора. Для неисправного трансформатора расчет также ведется от имеющегося сердечника и значения напряжения вторичных обмоток.

Видео

Оцените статью:

Онлайн калькулятор расчета трансформатора

Трансформаторы постоянно используются в различных схемах, при устройстве освещения, питании цепей управления и прочем электронном оборудовании. Поэтому довольно часто требуется вычислить параметры прибора, в соответствии с конкретными условиями эксплуатации. Для этих целей вы можете воспользоваться специально разработанным онлайн калькулятором расчета трансформатора. Простая таблица требует заполнения исходными данными в виде значения входного напряжения, габаритных размеров, а также выходного напряжения.

Блок: 1/2 | Кол-во символов: 519
Источник: https://electric-220.ru/news/kalkuljator_rascheta_transformatora/2016-07-19-1016

4 практических совета по наладке и сборке трансформатора: личный опыт

Сборка магнитопровода

Степень сжатия пластин влияет на шумы, издаваемые железом сердечника при вибрациях от протекающего по нему магнитного потока.

Одновременно не плотное прилегание железа с воздушными зазорами увеличивает магнитное сопротивление, вызывает дополнительные потери энергии.

Если для стягивания пластин используются металлические шпильки, то их надо изолировать от железа сердечника бумажными вставками и картонными шайбами.

Иначе по этому креплению возникнет искусственно созданный короткозамкнутый виток. В нем станет наводиться дополнительная ЭДС, значительно снижающая коэффициент полезного действия.

Состояние изоляции крепежных болтов относительно железа сердечника проверяют мегаомметром с напряжением от 1000 вольт. Показание должно быть не менее 0,5 Мом.

Расчет провода по плотности тока

Оптимальные размеры трансформатора играют важную роль для устройств, работающих при экстремальных нагрузках.

Для питающей обмотки, подключенной к бытовой проводке лучше выбирать плотность тока из расчета 2 А/мм кв, а для остальных — 2,5.

Способы намотки витков

Быстрая навивка на станке «внавал» занимает повышенный объем и нормально работает при относительно небольших диаметрах провода.

Качественную укладку обеспечивает намотка плотными витками один возле другого с расположением их рядами и прокладкой ровными слоями изоляции из конденсаторной бумаги, лакоткани, других материалов.

Хорошо подходят для создания диэлектрического слоя целлофановые (не из полиэтилена) ленты. Можно резать их от упаковок сигарет. Отлично справляется с задачами слоя изоляции кулинарная пленка для запекания мясных продуктов и выпечек.

Она же придает красивый вид внешнему покрытию катушки, одновременно обеспечивая ее защиту от механических повреждений.

Обмотки сварочных и пускозарядных устройств, работающие в экстремальных условиях с высокими нагрузками, желательно дополнительно пропитывать между рядами слоями силикатного клея (жидкое стекло).

Ему требуется дать время, чтобы засох. После этого наматывают очередной слой, что значительно удлиняет сроки сборки. Зато созданный по такой технологии трансформатор хорошо выдерживает высокие температурные нагрузки без создания межвитковых замыканий.

Как вариант такой защиты работает пропитка рядов провода разогретым воском, но, жидкое стекло обладает лучшей изоляцией.

Когда длины провода не хватает для всей обмотки, то его соединяют. Подключение следует делать не внутри катушки, а снаружи. Это позволит регулировать выходное напряжение и силу тока.

Замер тока на холостом ходу трансформатора

Мощные сварочные аппараты требуют точного подбора объема пластин и количества витков под рабочее напряжение, что взаимосвязано.

Выполнить качественную наладку позволяет замер тока холостого хода при оптимальной величине напряжения на входной обмотке питания.

Его значение должно укладываться в предел 100÷150 миллиампер из расчета на каждые 100 ватт приложенной мощности для трансформаторных изделий длительного включения. Когда используется режим кратковременной работы с частыми остановками, то его можно увеличить до 400÷500 мА.

Выполняя расчет трансформатора онлайн калькулятором или проверку его вычислений дедовскими формулами, вам придется собирать всю конструкцию в железе и проводах. При первых сборках своими руками можно наделать много досадных ошибок.

Чтобы их избежать рекомендую посмотреть видеоролик Виктора Егель. Он очень подробно и понятно объясняет технологию сборки и расчета. Под видео расположено много полезных , с которыми тоже следует ознакомиться.

Если заметите в ролике некоторые моменты, которые немного отличаются от моих рекомендаций, то можете задавать вопросы в комментариях. Обязательно обсудим.

Блок: 4/4 | Кол-во символов: 3717
Источник: https://ElectrikBlog.ru/raschet-transformatora-onlajn-kalkulyator/

Расчет ш-образного трансформатора

  1. Рассмотрим на примере процесс расчета обычного Ш-образного трансформатора. Предположим, даны параметры: сила тока нагрузки i2=0,5А, выходное напряжение (напряжение вторичной обмотки) U2=12В, напряжение в сети U1=220В.
  2. Первым показателем определяется мощность на выходе: P2=U2ˣi2=12ˣ0,5=6 (Вт). Это значит, что подобная мощность предусматривает использование магнитопровода сечением порядка 4 см² (S=4).
  3. Потом определяют количество витков, необходимых для одного вольта. Формула для данного вида трансформатора такая: К=50/S=50/4=12,5 (витков/вольт).
  4. Затем, определяют количество витков в первичной обмотке: W1=U1ˣK=220ˣ12,5=2750 (витков). А затем количество витков, расположенных во вторичной обмотке: W2=U2ˣK=12ˣ12,5=150.
  5. Силу тока, возникающую в первичной обмотке, рассчитайте так: i1=(1,1×P2)/U1=(1,1×6)/220=30мА. Это позволит рассчитать размер диаметра провода, заложенного в первичную обмотку и не оснащенного изоляцией. Известно, что максимальная сила тока для провода из меди равна 5-ти амперам на мм², из чего следует, что: d1=5А/(1/i1)=5A/(1/0,03А)=0,15 (мм).
  6. Последним действием будет расчет диаметра провода вторичной обмотки с использованием формулы d2=0,025ˣ√i2 , причем значение i2 используется в миллиамперах (мА): d2=0,025ˣ22,4=0,56 (мм).

Блок: 3/5 | Кол-во символов: 1282
Источник: https://tehnodinamika.ru/electricity/simple-calculation-of-the-transformer-online-calculator-for-calculating-the-dimensions-of-the-magnetic-circuit-of-the-transformers-overall-power/

Как рассчитать мощность трансформатора

  1. Напряжение, имеющееся на вторичной обмотке, и max ток нагрузки узнайте заранее. Затем умножьте коэффициент 1,5 на ток максимальной нагрузки (измеряемый в амперах). Так вы определите обмотку второго трансформатора (также в амперах).
  2. Определите мощность, которую расходует выпрямитель от вторичной обмотки рассчитываемого трансформатора: умножьте максимальный ток, проходящий через нее на напряжение вторичной обмотки.
  3. Подсчитайте мощность трансформатора посредством умножения максимальной мощности на вторичной обмотке на 1,25.

Если вам необходимо определить мощность трансформатора, который потребуется для конкретных целей, то нужно суммировать мощность установленных энергопотребляющих приборов с 20%-ми, для того, чтобы он имел запас. Например, если у вас имеется 10м светодиодной полосы, потребляющей 48 ватт, то вам необходимо к этому числу прибавить 20%. Получится 58 ватт – минимальная мощность трансформатора, который нужно будет установить.

Блок: 4/5 | Кол-во символов: 985
Источник: https://tehnodinamika.ru/electricity/simple-calculation-of-the-transformer-online-calculator-for-calculating-the-dimensions-of-the-magnetic-circuit-of-the-transformers-overall-power/

Кол-во блоков: 5 | Общее кол-во символов: 10210
Количество использованных доноров: 4
Информация по каждому донору:
  1. https://ElectrikBlog.ru/raschet-transformatora-onlajn-kalkulyator/: использовано 1 блоков из 4, кол-во символов 3717 (36%)
  2. https://xn—-7sbeb3bupph. xn--p1ai/mocshnost/mocshnost-transformatora-po-secheniyu-magnitoprovoda.html: использовано 1 блоков из 4, кол-во символов 3707 (36%)
  3. https://tehnodinamika.ru/electricity/simple-calculation-of-the-transformer-online-calculator-for-calculating-the-dimensions-of-the-magnetic-circuit-of-the-transformers-overall-power/: использовано 2 блоков из 5, кол-во символов 2267 (22%)
  4. https://electric-220.ru/news/kalkuljator_rascheta_transformatora/2016-07-19-1016: использовано 1 блоков из 2, кол-во символов 519 (5%)

Изготовление сетевого трансформатора. — Гитарное оборудование — Каталог статей

Для блока питания нужен трансформатор и Дима из мастерской Lumenus indi расскажет, как его рассчитать и намотать.

Так же, на Pikabu Вы можете почитать про его блок питания. Ссылка.

Limenus indi вКонтакте.

Наверно это некрасиво, но я скопирую статью, по которой был снят этот ролик к себе на сайт, что бы она всегда была доступна пользователям канала.

Наиболее распространённые типы магнитопроводы изображены на рисунке.

Ш-образные пластинчатые сердечники, аналогичны расчету Ш-образного ленточного сердечника. 

Тороидальный трансформатор может использоваться при мощностях от 30 до 1000 Вт, когда требуется минимальное рассеяние магнитного потока или когда требование минимального объема является первостепенным. Имея некоторые преимущества в объеме и массе перед другими типами конструкций трансформаторов, тороидальные являются вместе с тем и наименее удобными в изготовлении. 

Исходными начальными данными для упрощенного расчета являются:

  • напряжение первичной обмотки U1;
  • напряжение вторичной обмотки U2;
  • ток вторичной обмотки I2;

1.Расчет трансформатора 

Расчет габаритной мощности трансформатора 

При выборе железа для трансформатора надо учитываять, чтобы габаритная мощность трансформатора была строго больше расчетной электрической мощности вторичных обмоток.  

Мощность вторичной обмотки Р2 = I2 * U2 = Рвых 

Если обмоток много, то мощность, отдаваемая трансформатором, определяется суммой мощностей всех вторичных обмоток (Рвых). 

Другими словами — габаритная мощность трансформатора — это мощность которую способно «вынести» железо. Прежде чем перейти к формуле, сделаем несколько оговорок:

  • Главный качественный показатель силового трансформатора для радиоаппаратуры это его надежность. Следствие надежности — это минимальный нагрев трансформатора при работе (иными словами он должен быть всегда холодным!) и минимальная просадка выходных напряжений под нагрузкой (иными словами, трансформатор должен быть «жестким»).
  • В расчетах примем КПД трансформатора 0,95
  • Так как речь в статье пойдет об обычном сетевеом трансформаторе, примем рабочую частоту равной 50Гц.
  • Учитывая то, что нам нужен надежный трансформатор, и учитывая то, что напряжение в сети может иметь отклонения от 220 вольт до 10%, принимаем В=1,2 Тл
  • Плотность тока принимаем 3,5 А/мм2
  • Коэффициент заполнения сердечника сталью принимаем 0,95
  • Коэффициент заполнения окна принимаем 0,45

Исходя из принятых допущений, формула для расчета габаритной мощности у нас примет вид: 
 

Р=1. 9 * Sc * So


Где: 
Sc и So — площади поперечного сечения сердечника и окна, соответственно [кв. см]; 

2. Определение количества витков в обмотках. 

Прежде всего рассчитываем количество витков в первичной обмотке. Расчёт одинаков, для всех типов сердечников.

Упрощенная формула выглядит так: 
 

W=(40 * U )/ Sc

Где: 
Sc — площадь поперечного сечения сердечника в квадратных сантиметрах; U — напряжение первичной обмотки в Вольтах; 

Количество витков во вторичной обмотке можно расчитать по этой же формуле, увеличив число витков примерно на 5% (КПД трансформатора), но можно поступить проще: после того как намотана первичка — наматываем поверх нее 10 витков и измеряем напряжение. Зная какое напряжение требуется получить на выходе трансформатора и зная какое напряжение приходится на 10 витков — определяем необходимое число витков. 

3. Расчет диаметра провода. 

Рассчитываем диаметры проводов обмоток исходя из протекающих в них токов по следующим формулам (для меди, серебра или алюминия):

Дополнительная таблица по диаметрам провода.

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;
  • броневой;
  • тороидальный.

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.

Расчет габаритной мощности трансформатора по сердечнику онлайн. Расчет трансформатора с броневым магнитопроводом

Виктор Хрипченко пос. Октябрьский Белгородской обл.

Занимаясь расчетами мощного источника питания, я столкнулся с проблемой — мне понадобился трансформатор тока, который бы точно измерял ток. Литературы по этой теме не много. А в Интернете только просьбы — где найти такой расчет. Прочитал статью ; зная, что ошибки могут присутствовать, я детально разобрался с данной темой. Ошибки, конечно, присутствовали: нет согласующего резистора Rc (см. рис. 2) для согласования на выходе вторичной обмотки трансформатора (он и не был рассчитан) по току. Вторичная цепь трансформатора тока рассчитана как обычно у трансформатора напряжения (задался нужным напряжением на вторичной обмотке и произвел расчет).

Немного теории

Итак, прежде всего немного теории . Трансформатор тока работает как источник тока с заданным первичным током, представляющим ток защищаемого участка цепи. Величина этого тока практически не зависит от нагрузки вторичной цепи трансформатора тока, поскольку его сопротивление с нагрузкой, приведенное к числу витков первичной обмотки, ничтожно мало по сравнению с сопротивлениями элементов электрической схемы. Это обстоятельство делает работу трансформатора тока отличной от работы силовых трансформаторов и трансформаторов напряжения.

На рис. 1 показана маркировка концов первичной и вторичной обмоток трансформатора тока, навитых на маг-нитопровод в одном и том же направлении (I1 — ток первичной обмотки, I2 -ток вторичной обмотки). Ток вторичной обмотки I2 пренебрегая малым током намагничивания, всегда направлен так, чтобы размагничивать магнитопровод.

Стрелками показано направление токов. Поэтому если принять верхний конец первичной обмотки за начало то началом вторичной обмотки н также является ее верхний конец. Принятому правилу маркировки соответствует такое же направление токов, учитывая знак. И самое главное правило: условие равенства магнитных потоков.

Алгебраическая сумма произведений I 1 x W 1 — I 2 x W 2 = 0 (пренебрегая малым током намагничивания), где W 1 — количество витков первичной обмотки трансформатора тока, W 2 — количество витков вторичной обмотки трансформатора тока.

Пример. Пусть вы, задавшись током первичной обмотки в 16 А, произвели расчет и в первичной обмотке 5 витков — рассчитано. Вы задаетесь током вторичной обмотки, например, 0,1 А и согласно вышеупомянутой формулы I 1 x W 1 = I 2 x W 2 рассчитаем количество витков вторичной обмотки трансформатора.

W 2 = I 1 x W 1 / I 2

Далее произведя вычисления L2 -индуктивности вторичной обмотки, ее сопротивление XL1 , мы вычислим U2 и потом Rc . Но это чуть позже. То есть вы видите, что задавшись током во вторичной обмотке трансформатора I2 , вы только тогда вычисляете количество витков. Ток вторичной обмотки трансформатора тока I2 можно задать любой — отсюда будет вычисляться Rc . И еще -I2 должен быть больше тех нагрузок, которые вы будете подключать

Трансформатор тока должен работать только на согласованную по току нагрузку (речь идет о Rc).

Если пользователю требуется трансформатор тока для применения в схемах защиты, то такими тонкостями как направление намоток, точность резистивной нагрузки Rc можно пренебречь, но это уже будет не трансформатор тока, а датчик тока с большой погрешностью. И эту погрешность можно будет устранить, только создав нагрузку на устройстве (я и имею в виду источник питания, где пользователь собирается ставить защиту, применяя трансформатор тока), и схемой защиты установить порог ее срабатывания по току. Если пользователю требуется схема измерения тока, то как раз эти тонкости должны быть обязательно соблюдены.

На рис. 2 (точки — начало намоток) показан резистор Rc, который является неотьемлимой частью трансформатора тока для согласования токов первичной и вторичной обмотки. То есть Rc задает ток во вторичной обмотке. В качестве Rc не обязательно применять резистор, можно поставить амперметр, реле, но при этом должно соблюдаться обязательное условие — внутреннее сопротивление нагрузки должно быть равным рассчитанному Rc.

Если нагрузка не согласованная по току — это будет генератор повышенного напряжения. Поясняю, почему так. Как уже было ранее сказано, ток вторичной обмотки трансформатора направлен в противоположную сторону от направления тока первичной обмотки. И вторичная обмотка трансформатора работает как размагничивающая. Если нагрузка во вторичной обмотке трансформатора не согласованная по току или будет отсутствовать, первичная обмотка будет работать как намагничивающая. Индукция резко возрастает, вызывая сильный нагрев магнито-провода за счет повышенных потерь в стали. Индуктируемая в обмотке ЭДС будет определяться скоростью изменениями потока во времени, имеющей наибольшее значение при прохождении трапецеидального (за счет насыщения магнитопровода) потока через нулевые значения. Индуктивность обмоток резко уменьшается, что вызывает еще больший нагрев трансформатора и в конечном итоге — выход его из строя.

Типы магнитных сердечников приведены на рис. 3 .

Витой или ленточный магнитопровод — одно и то же понятие, также как и выражение кольцевой или тороидальный магнитопровод: в литературе встречаются и то, и другое.

Это может быть ферритовый сердечник или Ш-образное трансформаторное железо, или ленточные сердечники. Ферритовые сердечники обычно применяется при повышенных частотах — 400 Гц и выше из-за того, что они работают в слабых и средних магнитных полях (Вт = 0,3 Тл максимум). И так как у ферритов, как правило, высокое значение магнитной проницаемости µ и узкая петля гистерезиса, то они быстро заходят в область насыщения. Выходное напряжение, при f = 50 Гц, на вторичной обмотке составляет единицы вольт либо меньше. На ферритовых сердечниках наносится, как правило, маркировка об их магнитных свойствах (пример М2000 означает магнитную проницаемость сердечника µ, равную 2000 единиц).

На ленточных магнитопроводах или из Ш-образных пластин такой маркировки нет, и поэтому приходится определять их магнитные свойства экспериментально, и они работают в средних и сильных магнитных полях (в зависимости от применяемой марки электротехнической стали — 1,5.. .2 Тл и более) и применяются на частотах 50 Гц.. .400 Гц. Кольцевые или тороидальные витые (ленточные) магнитопроводы работают и на частоте 5 кГц (а из пермаллоя даже до 25 кГц). При расчете S — площади сечения ленточного тороидального магнитопровода, рекомендуется результат умножить на коэффициент к = 0,7…0,75 для большей точности. Это объясняется конструктивной особенностью ленточных магнитопроводов.

Что такое ленточный разрезной магнитопровод (рис. 3)? Стальную лента, толщиной 0,08 мм или толще, наматывают на оправку, а затем отжигают на воздухе при температуре 400.. .500 °С для улучшения их магнитных свойств. Потом эти формы разрезаются, шлифуются края, и собирается магнитопровод. Кольцевые (неразрезные) витые магнитопроводы из тонких ленточных материалов (пермаллоев толщиной 0,01.. .0,05 мм) во время навивки покрывают электроизолирующим материалом, а затем отжигают в вакууме при 1000.. .1100 °С.

Для определения магнитных свойств таких магнитопроводов надо намотать 20…30 витков провода (чем больше витков, тем точнее будет значение магнитной проницаемости сердечника) на сердечник магнитопровода и измерить L-индуктивность этой обмотки (мкГн). Вычислить S — площадь сечения сердечника трансформатора (мм2), lm-среднюю длину магнитной силовой линии (мм). И по формуле рассчитать jll — магнитную проницаемость сердечника :

(1) µ = (800 x L x lm) / (N2 x S) — для ленточного и Ш-образного сердечника.

(2) µ = 2500*L(D + d) / W2 x C(D — d) — для кольцевого (тороидильного) сердечника.

При расчете трансформатора на более высокие токи применяется провод большого диаметра в первичной обмотке, и здесь вам понадобится витой стержневой магнитопровод (П-образный), витой кольцевой сердечник или ферритовый тороид.

Если кто держал в руках трансформатор тока промышленного изготовления на большие токи, то видел, что первичной обмотки, навитой на магнитопровод, нет, а имеется широкая алюминиевая шина, проходящая сквозь магнитопровод.

Я напомнил об этом затем, что расчет трансформатора тока можно производить, либо задавшись Вт — магнитной индукцией в сердечнике, при этом первичная обмотка будет состоять из нескольких витков и придется мучиться, наматывая эти витки на сердечник трансформатора. Либо надо рассчитать магнитную индукцию Вт поля, создаваемую проводником с током, в сердечнике.

А теперь приступим к расчету трансформатора тока, применяя законы .

Вы задаетесь током первичной обмотки трансформатора тока, то есть тем током, который вы будете контролировать в цепи.

Пусть будет I1 = 20 А, частота, на которой будет работать трансформатор тока, f = 50 Гц.

Возьмем ленточный кольцевой сердечник OJ125/40-10 или (40x25x10 мм), схематично представленный на рис. 4.


Размеры: D = 40 мм, d = 25 мм, С = 10 мм.

Далее идет два расчета с подробными пояснениями как именно расчитывается трансформатор тока, но слишком большое количество формул затрудняет выложить расчеты на странице сайта. По этой причине полная версия статьи о том как расчитать трансформатор тока была конвертирована в PDF и ее можно скачать воспользовавшись

Определение мощности силового трансформатора

Как узнать мощность трансформатора?

Для изготовления трансформаторных блоков питания необходим силовой однофазный трансформатор, который понижает переменное напряжение электросети 220 вольт до необходимых 12-30 вольт, которое затем выпрямляется диодным мостом и фильтруется электролитическим конденсатором . Эти преобразования электрического тока необходимы, поскольку любая электронная аппаратура собрана на транзисторах и микросхемах, которым обычно требуется напряжение не более 5-12 вольт.

Чтобы самостоятельно собрать блок питания , начинающему радиолюбителю требуется найти или приобрести подходящий трансформатор для будущего блока питания. В исключительных случаях можно изготовить силовой трансформатор самостоятельно. Такие рекомендации можно встретить на страницах старых книг по радиоэлектронике.

Но в настоящее время проще найти или купить готовый трансформатор и использовать его для изготовления своего блока питания.

Полный расчёт и самостоятельное изготовление трансформатора для начинающего радиолюбителя довольно сложная задача. Но есть иной путь. Можно использовать бывший в употреблении, но исправный трансформатор. Для питания большинства самодельных конструкций хватит и маломощного блока питания, мощностью 7-15 Ватт.

Если трансформатор приобретается в магазине, то особых проблем с подбором нужного трансформатора, как правило, не возникает. У нового изделия обозначены все его главные параметры, такие как мощность , входное напряжение , выходное напряжение , а также количество вторичных обмоток, если их больше одной.

Но если в ваши руки попал трансформатор, который уже поработал в каком-либо приборе и вы хотите его вторично использовать для конструирования своего блока питания? Как определить мощность трансформатора хотя бы приблизительно? Мощность трансформатора весьма важный параметр, поскольку от него напрямую будет зависеть надёжность собранного вами блока питания или другого устройства. Как известно, потребляемая электронным прибором мощность зависит от потребляемого им тока и напряжения, которое требуется для его нормальной работы. Ориентировочно эту мощность можно определить, умножив потребляемый прибором ток (I н на напряжение питания прибора (U н ). Думаю, многие знакомы с этой формулой ещё по школе.

P=U н * I н

Где U н – напряжение в вольтах; I н – ток в амперах; P – мощность в ваттах.

Рассмотрим определение мощности трансформатора на реальном примере. Тренироваться будем на трансформаторе ТП114-163М. Это трансформатор броневого типа, который собран из штампованных Ш-образных и прямых пластин. Стоит отметить, что трансформаторы такого типа не самые лучшие с точки зрения коэффициента полезного действия (КПД ). Но радует то, что такие трансформаторы широко распространены, часто применяются в электронике и их легко найти на прилавках радиомагазинов или же в старой и неисправной радиоаппаратуре. К тому же стоят они дешевле тороидальных (или, по-другому, кольцевых) трансформаторов, которые обладают большим КПД и используются в достаточно мощной радиоаппаратуре.

Итак, перед нами трансформатор ТП114-163М. Попробуем ориентировочно определить его мощность. За основу расчётов примем рекомендации из популярной книги В.Г. Борисова «Юный радиолюбитель».

Для определения мощности трансформатора необходимо рассчитать сечение его магнитопровода. Применительно к трансформатору ТП114-163М, магнитопровод – это набор штампованных Ш-образных и прямых пластин выполненных из электротехнической стали. Так вот, для определения сечения необходимо умножить толщину набора пластин (см. фото) на ширину центрального лепестка Ш-образной пластины.

При вычислениях нужно соблюдать размерность. Толщину набора и ширину центрального лепестка лучше мерить в сантиметрах. Вычисления также нужно производить в сантиметрах. Итак, толщина набора изучаемого трансформатора составила около 2 сантиметров.

Далее замеряем линейкой ширину центрального лепестка. Это уже задача посложнее. Дело в том, что трансформатор ТП114-163М имеет плотный набор и пластмассовый каркас. Поэтому центральный лепесток Ш-образной пластины практически не видно, он закрыт пластиной, и определить его ширину довольно трудно.

Ширину центрального лепестка можно замерить у боковой, самой первой Ш-образной пластины в зазоре между пластмассовым каркасом. Первая пластина не дополняется прямой пластиной и поэтому виден край центрального лепестка Ш-образной пластины. Ширина его составила около 1,7 сантиметра. Хотя приводимый расчёт и является ориентировочным , но всё же желательно как можно точнее проводить измерения.

Перемножаем толщину набора магнитопровода (2 см .) и ширину центрального лепестка пластины (1,7 см .). Получаем сечение магнитопровода – 3,4 см 2 . Далее нам понадобиться следующая формула.

Где S — площадь сечения магнитопровода; P тр — мощность трансформатора; 1,3 — усреднённый коэффициент.

После нехитрых преобразований получаем упрощённую формулу для расчёта мощности трансформатора по сечению его магнитопровода. Вот она.

Подставим в формулу значение сечения S = 3,4 см 2 , которое мы получили ранее.

В результате расчётов получаем ориентировочное значение мощности трансформатора ~ 7 Ватт. Такого трансформатора вполне достаточно, чтобы собрать блок питания для монофонического усилителя звуковой частоты на 3-5 ватт, например, на базе микросхемы усилителя TDA2003.

Вот ещё один из трансформаторов. Маркирован как PDPC24-35. Это один из представителей трансформаторов — «малюток». Трансформатор очень миниатюрный и, естественно, маломощный. Ширина центрального лепестка Ш-образной пластины составляет всего 6 миллиметров (0,6 см.).

Толщина набора пластин всего магнитопровода – 2 сантиметра. По формуле мощность данного мини-трансформатора получается равной около 1 Вт.

Данный трансформатор имеет две вторичные обмотки, максимально допустимый ток которых достаточно мал, и составляет десятки миллиампер. Такой трансформатор можно использовать только лишь для питания схем с малым потреблением тока.

Трансформатор представляет собой тип электрического компонента, который предназначен для преобразования напряжения и тока из одной величины в другую, пропорциональную потребляемой мощности на входе и выходе. Этот элемент силовой аппаратуры может содержать обычно одну первичную обмотку, и одну или несколько вторичных.

Являясь достаточно сложным устройством, расчет трансформатора порой отнимает много времени и не каждому под силу выполнить его качественно. А ведь от правильности процесса зависит многое. Стабильность работы готового устройства, КПД, потребляемая мощность. Кроме этого при неправильном расчете с намоточным устройством могут происходить самые разнообразные непонятные вещи:

  • перегреваться;
  • издавать звенящие звуки при работе;
  • потреблять большое количество мощности при низком КПД и прочее.

В более серьезных ситуациях он и вовсе может возгореться, доставив дополнительные неприятности. Поэтому многих интересует вопрос, как рассчитать трансформатор того или иного типа, чтобы тот выдавал необходимое количество электрической мощности и коэффициент полезного действия был максимально приближен к 1 .

Но сразу, стоит уверить вас, что КПД равный 1 – это нереальный фактор, потому что потери присутствуют всегда, поэтому выполняя расчет онлайн или традиционным методом, увидев показатель равный 40% при расчете силового трансформатора на железе – это уже хорошо. Для импульсных же устройств программа расчета выдаст по меньшей мере 55-60%. Поэтому, если вы хотите сделать устройство наиболее эффективное, то выбирайте именно импульсный тип трансформатора, но если требуется сделать надежный силовой агрегат, где неважна потребляемая мощность, то, конечно, берем в расчет трансформаторное железо.

Порядок расчета трансформаторов

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

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

Этапы определения параметров

Первым делом для правильности расчета потребуется определить основные параметры будущего трансформатора. К ним относятся:

  • напряжение и ток на первичной обмотке;
  • эти же показатели на вторичной обмотке.

Далее, выполняется расчет количества витков на каждой из обмоток, выбирается тип провода по таблице и полученным результатам расчета тока, но прежде потребуется измерять размеры сердечника, если он имеется. Либо же, наоборот, задаться необходимой мощностью, и рассчитать параметры кольца. Именно это предлагают все онлайн-программы расчета трансформаторов.

Выбирая количество витков на первичной обмотке, необходимо помнить о том, что при их недостаточном числе она будет сильно греться, и в конечном итоге сгорит. А при достаточно большем будет невелико напряжение на вторичной, поэтому необходимо пользоваться строго справочными данными и формулами из учебников.

Рассмотрим пример расчета трансформатор, намотанного на тороидальном типе сердечника и питаемый от сети с частотой 50 Гц.

Для упрощения процесса расчета устройства можно воспользоваться табличными данными, которая показывает формулы и переменные, используемые для определения параметров намоточного изделия, сведенные в таблице ниже:

Для изготовления сердечников таких сетевых трансформаторов применяется 2 типа стали:

  • Э310-330 холоднокатанного типа и толщиной пластин в пределах 0,35- 0,5 мм;
  • Э340-360 обычная сталь толщиной 0,05 – 0,1 мм.

Следует понимать, что число витков для каждого типа стали может быть различным, что связано с магнитной проницаемостью сердечника, прочих показателей. В таблице же ω 1 и ω 2 – это число витков для холоднокатанной и обычной стали соответственно. Рг – габаритная мощность трансформатора; S – параметры сердечника (площадь сечения), ∆ — максимально допустимая плотность тока в обмотках; η – коэффициент полезного действия устройства.

Одной из особенностей изготовления тороидального трансформатора является то, что в нем используется наружная и межобмоточная изоляции, поэтому проводники должны быть с достаточно эластичным покрытием. В качестве таковых часто выбирают ПЭЛШО или ПЭШО также пользуется популярностью ПЭВ-2. В качестве наружного типа изоляции применяются следующие типы материалов:

  • лакоткань;
  • батистовая лента;
  • триацетатная пленка;
  • фторопластовая пленка.

Преимущества использования программ

Одним из преимуществ использования онлайн-калькуляторов для расчета параметров трансформатора является отсутствие необходимости во всех вышеперечисленных нюансах. Но результат получается приблизительным , поэтому это важно помнить, используя ту или иную программу. Конечно, есть более качественные проекты с расчетом трансформаторов, в которых учитывается толщина изоляционной пленки, тип стали, плотность намотки.

Основные формулы и порядок их применения

Далее, необходимо задаться основными параметрами будущего трансформатора. К ним относятся напряжение сети Uс и выходное напряжение со вторичной обмотки Uн. Также задаемся током в нагрузке Iн, именно этот показатель зачастую является самым главным, определяющим характеристики устройства.

Некоторые калькуляторы совместно с внесением данных в форму также показывают основные формулы, по которым было определено полученное значение. Это намного облегчает процесс и одновременно позволяет более углубленно понять принцип расчета. В любом случае при задании основных данных в форму программа первым делом определяет мощность нВ вторичной обмотке по известной формуле:

Следующим шагом при расчете параметров любого тороидального трансформатора является определение сечения сердечника. Она вычисляется по формуле:

S расч=√Рг/1,2.

Для правильного выбора сердечника, необходимо воспользоваться следующей формулой расчета сечения:

S =(Dc — dc) hc /2.

После чего, пользуясь справочной таблицей параметров сердечников, выбираем ближайший по характеристикам. Подбирать необходимо магнитопровод с большей мощностью, чем рассчитанная по формуле.

Следующим шагом, который выполняет программа расчета сварочного или силового трансформатора с питанием от сети 50Гц , является определение количества витков на 1 вольт. Для этого необходимо воспользоваться постоянными величинами, взятыми из справочника. Дело в том, что для каждого типа сердечника имеется своя константа. Например, для магнитопровода из стали Э320 она равна 33,3, а формула выглядит следующим образом:

W 1-1 = ω 1 х Uc ;

W 1-2 = ω 1 х U н.

Осуществляя расчеты числа витков на обмотках сварочного тороидального трансформатора, необходимо учесть рассеиваемую мощность, из-за чего напряжение на выходе будет занижено на 3%. Поэтому для корректности расчетов рекомендуется увеличить число витков на вторичной обмотке ровно на эту разницу.

Следующим шагом будет определение диаметра проводов обеих обмоток. Для этого вычисляется значение тока в первичной обмотке:

I 1=1,1(Р2/ Uc). А по формуле:

d 1=1,13√ I 1/∆ определяется параметр провода.

Такой расчет справедлив для всех типов трансформаторов как силовых, так и сварочных с питанием от сети частотой 50Гц. Программа расчета производит те же операции, что были приведены выше. Только она может оперировать данными в любом порядке. Например, задавая количество витков, можно определить напряжение и мощность сердечника, вводя параметры сердечника, можно узнать мощность и электрические характеристики трансформатора.

Расчет импульсного трансформатора

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

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

Трансформаторы постоянно используются в различных схемах, при устройстве освещения, питании цепей управления и прочем электронном оборудовании. Поэтому довольно часто требуется вычислить параметры прибора, в соответствии с конкретными условиями эксплуатации. Для этих целей вы можете воспользоваться специально разработанным онлайн калькулятором расчета трансформатора. Простая таблица требует заполнения исходными данными в виде значения входного напряжения, габаритных размеров, а также выходного напряжения.

Преимущества онлайн калькулятора

В результате расчета трансформатора онлайн, на выходе получаются параметры в виде мощности, силы тока в амперах, количества витков и диаметра провода в первичной и вторичной обмотке.


Существуют , позволяющие быстро выполнить расчеты трансформатора. Однако они не дают полной гарантии от ошибок при проведении вычислений. Чтобы избежать подобных неприятностей, применяется программа онлайн калькулятора. Полученные результаты позволяют выполнять конструирование трансформаторов для различных мощностей и напряжений. С помощью калькулятора осуществляются не только расчеты трансформатора. Появляется возможность для изучения его устройства и основных функций. Запрошенные данные вставляются в таблицу и остается только нажать нужную кнопку.

Благодаря онлайн калькулятору не требуется проводить каких-либо самостоятельных подсчетов. Полученные результаты позволяют выполнять перемотку трансформатора своими руками. Большинство необходимых расчетов осуществляется в соответствии с размерами сердечника. Калькулятор максимально упрощает и ускоряет все вычисления. Необходимые пояснения можно получить из инструкции и в дальнейшем четко следовать их указаниям.


Конструкция трансформаторных магнитопроводов представлена тремя основными вариантами — броневым, стержневым и . Прочие модификации встречаются значительно реже. Для расчета каждого вида требуются исходные данные в виде частоты, входного и выходного напряжения, выходного тока и размеров каждого магнитопровода.

Расчет силовых трансформаторов сетевой частоты

Расчет силовых трансформаторов сетевой частоты

Введение

На этой странице простая методика расчета частоты сети с закрытым сердечником. силовые трансформаторы. Он предназначен для домашнего пивоварения, ремонта и модификации трансформаторов. Обратите внимание, что даже если этот метод и некоторые уравнения могут быть обобщенно, в учетная запись.


Размер ядра

При проектировании трансформатора питания с замкнутым сердечником первым шагом является чтобы выбрать подходящий сердечник по мощности, устройство должно ручка.Обычно для большой мощности требуются большие жилы. На самом деле нет никаких теоретических или физических причин, препятствующих маленькому ядру. от обработки большой мощности, но по практическим соображениям на малом ядре, не хватает места для всех обмоток: большой сердечник — единственный выбор. Чтобы с самого начала выбрать довольно хорошее ядро, следующие эмпирическая формула (для рабочей частоты 50 Гц) может помочь:

Это уравнение связывает (полную) мощность P с поперечным сечением жилы. поверхность А с учетом КПД сердечника η (греч. «эта»).При измерении поперечного сечения жилы следует удалить около 5%, чтобы учесть толщину лака на ферромагнитных пластинах составляя ядро. Сечение A — это минимальное сечение магнитного цепь, обычно измеряемая там, где расположены обмотки, как показано на рисунок ниже:

На приведенной выше диаграмме показан сердечник с двойной петлей, который на сегодняшний день является наиболее распространенным. тип сердечника из-за его низкого потока утечки и небольших размеров.Это называется «двойной петлей», потому что магнитное поле, создаваемое катушки в середине сердечника петляют половину на левой части сердечника и половина в правой части. В этом случае важно измерить поперечное сечение жилы внутри обмотки (как показано), где поток не делится пополам. Если ваш трансформатор имеет одну магнитную петлю, например тороидальный трансформатор, чем поперечное сечение одинаково по всему сердечнику и не имеет значения, где вы это измеряете.

Эффективность зависит от материала, из которого изготовлен сердечник; если неизвестно, таблица ниже даст общее представление:

Материал основной пластины Плотность магнитного потока φ
[Вт / м 2 ]
Эффективность сердечника η
[1/1]
Текстурированная кремнистая сталь (C-образная), M5 1.3 0,88
Текстурированная кремнистая сталь (пластины 0,35 мм), M6 1,2 0,84
Неориентированная кремнистая сталь среднего размера (пластины 0,5 мм), M7 1,1 0,82
Стандартная кремнистая сталь без ориентированной зернистости (или для тяжелых условий эксплуатации) 1,0 0,80
Низкоуглеродистая сталь 0,8 0,70

Чтобы упростить эту операцию, вам может пригодиться следующий калькулятор:

В этом калькуляторе уже учтено уменьшение ядра на 5%. поперечное сечение.


Плотность потока в активной зоне

Затем необходимо определить плотность потока сердечника φ (греч. «фи»). Опять же, это зависит от материала, и, если он не известен, та же таблица будет помощь. Если трансформатор должен работать непрерывно или в плохо вентилируемом помещении. окружающей среде, небольшое уменьшение плотности потока (например, на 10%) приведет к уменьшите потери и сохраните трансформатор в холодном состоянии за счет большего количества железа и больше меди. Обратное может быть рассмотрено для снижения стоимости материалов в трансформаторах. используется только в течение коротких периодов времени или не предназначен для работы на полной мощности непрерывно.

После определения плотности потока можно рассчитать трансформатор постоянная γ , выражающая количество витков на вольт всех обмотки по следующей формуле:

Фактор 10 6 учитывает, что поперечное сечение жилы равно выражено в мм 2 . По поводу этой формулы следует отметить еще несколько моментов: например, низкий частоты требуют больше витков, и вы могли заметить, что 60 Гц трансформаторы, которые обычно немного меньше, чем эквивалентные 50 Гц единицы.Более того, низкая магнитная индукция также требует большего количества витков, а это означает, что для уменьшения потока в сердечнике (и уменьшения потерь) приходится наматывать больше витков, даже если это кажется нелогичным. Последнее замечание: для больших сердечников требуется несколько оборотов: если вы когда-нибудь смотрели внутри огромных высоковольтных трансформаторов, используемых энергетическими компаниями для своих высоковольтные линии электропередач, у них всего несколько сотен витков для многих киловольт, в то время как небольшой трансформатор 230 В внутри вашего будильника имеет тысячи поворотов.


Расчет обмоток

Теперь, когда мы знаем постоянную трансформатора γ , легко рассчитать количество витков N для каждой обмотки по формуле:

Обратите внимание, что все напряжения и токи являются среднеквадратичными значениями, а плотность потока выражается его пиковым значением, чтобы избежать насыщения: это объясняет член √2 в уравнении постоянной трансформатора.

Для вторичных обмоток рекомендуется немного увеличить количество витков, скажем, на 5% или около того, чтобы компенсировать потери в трансформаторе.

Чтобы упростить эту операцию, вам может пригодиться следующий калькулятор:

Этот калькулятор уже учитывает фактор 5% для вторичного повороты.

Вы могли заметить, что количество витков зависит от размера сердечника и магнитного потока. плотность, но не по мощности. Итак, если вашему трансформатору требуется более одной вторичной обмотки, просто повторите расчет обмоток на каждую вторичную.Но в этом случае выбирайте сердечник достаточно большой, чтобы вместить все обмотки или, в Другими словами, выберите размер сердечника в соответствии с общей мощностью всех вторичные обмотки. Также используйте первичный провод с поперечным сечением, достаточно большим, чтобы выдержать общую мощность.


Выбор правильного провода

Последний шаг — рассчитать диаметр провода для каждой обмотки. Для этого необходимо выбрать плотность тока проводника c . Хороший компромисс — 2,5 А / мм 2 .Более низкое значение потребует больше меди, но приведет к меньшим потерям: это подходит для тяжелых трансформаторов. Более высокое значение потребует меньше меди и сделает трансформатор более дешевым, но из-за повышенного нагрева это будет приемлемо только при кратковременном использовании. время работы на полной мощности или может потребоваться охлаждение. Стандартные значения составляют от 2 до 3 А / мм 2 . После определения плотности тока можно рассчитать диаметр проволоки. используя следующее уравнение:

Или для c = 2.5 А / мм 2 :

Чтобы упростить эту операцию, вам может пригодиться следующий калькулятор:


Практически

Теперь, когда вычисления завершены, начинается самое сложное: будет ли рассчитанные обмотки подходят на выбранный сердечник? Что ж, ответ непростой и зависит от большого количества факторов: сечение и форма проволоки, радиус изгиба проволоки, качество намотки, наличие изолирующей фольги между слоями обмотки и т. д.С другой стороны, некоторый опыт будет полезнее, чем много уравнения.

Купить пустой сердечник трансформатора сложно, и обычно начинаются домашние проекты. от старого трансформатора, чтобы раскрутить и восстановить. Не все трансформаторы можно разобрать: некоторые склеены смола, которая слишком сильна, чтобы удалить ее без изгиба основных пластин К счастью, многие трансформаторы можно разобрать, сняв крышку. который скрепляет все пластины вместе или шлифованием двух сварных швов поперек все тарелки.Затем каждую пластину необходимо осторожно снять, чтобы получить доступ к обмотки. Погнутые или поцарапанные пластины следует выбросить.

Если повезет, можно повторно использовать первичную обмотку и восстановить только вторичный, если первичный не наматывается на вторичный или не имеет неподходящее количество оборотов. Решая, следует ли оставить обмотку как есть или нет, полезно определить его количество витков, но подсчитать их без разматывая катушку.К счастью, есть способ определить количество витков: до разбирая сердечник, просто намотайте несколько витков (скажем, 5 или около того) изолированного провода вокруг обмоток и измерьте напряжение, наведенное в этом самодельном вторичный при нормальном питании трансформатора. По этой величине легко рассчитать количество витков на вольт трансформатора. и подсчитайте количество витков каждой обмотки без фактического подсчета их.

После того, как новые обмотки намотаны, самое время восстановить сердечник, ставим все пластины на место.Без силового пресса их все вернуть будет сложно, но если на в конце остается одна-две пластины, трансформатор все равно будет работать нормально. Но по этой причине при выполнении работ следует немного завышать размер трансформатора. расчеты, выбрав меньшее поперечное сечение жилы. Когда трансформатор запитан, сила на пластинах сердечника значительна. и важно их крепко держать или склеивать; в противном случае ядро будет вибрировать и будет очень шумно.

Многие трансформаторы имеют пластины сердечника E-I, как показано на рисунке выше.При восстановлении сердечника пластины должны быть скрещены: E-I для одной слой и I-E для следующего, и так далее. Это минимизирует воздушный зазор и помогает поддерживать высокий коэффициент связи.

Всегда используйте эмалированный медный провод для всех обмоток. Изолированный провод из ПВХ (обычный электрический провод) — очень плохая идея, потому что слой изоляции очень толстый, занимает много места в сердечнике и является очень плохой проводник тепла: ваш трансформатор очень быстро перегреется.

Всегда кладите слой изолирующей фольги между первичной и вторичной обмотками. если они расположены близко друг к другу, чтобы предотвратить опасность поражения электрическим током в случае нарушение изоляции провода.Используйте что-нибудь тонкое, не горит, и это хороший изолятор. Я использую каптоновую ленту, но может подойти и обычная изолента.

Изоляция эмалированного медного провода обычно составляет до 1000 В (пиковое напряжение). значение). Если возможно, ознакомьтесь со спецификациями проводов, предоставленными его производитель. Если напряжение на крыле превышает это значение, лучше разделить намотка на два или более слоев, разделенных изолирующей фольгой между ними.


Заключение

Представлен простой метод расчета сетевых силовых трансформаторов. и я надеюсь, что это поможет домашним пивоварам в разработке собственных трансформаторов. в соответствии с их конкретными потребностями.Намотка собственных трансформаторов часто является единственным доступным выбором, когда требуются необычные напряжения. Но разобрав трансформатор, сделайте новые обмотки и верните обратно вместе — это много работы, поэтому лучше провести некоторые расчеты, прежде чем получится сразу с первой попытки.


Используемые символы

Символ Описание Установка
А Сечение жилы мм 2
d Диаметр проволоки мм
f Рабочая частота Гц
I Среднеквадратичный ток обмотки А
N Количество витков 1/1
п. Полная мощность трансформатора ВА
U Действующее значение напряжения обмотки В
γ Количество витков на V витков / В
η Эффективность сердечника 1/1
φ Плотность магнитного потока сердечника Вт / м 2

Примечание: 1 Вт / м 2 = 1 T = 10’000 Гаусс


Библиография

  • Nuova Elettronica, Vol.6, p134
  • Nuova Elettronica, Riv 179, p66


Что такое потери в сердечнике трансформатора? С расчетом и формулой —

Трансформатор — это статическое устройство, то есть в нем отсутствуют механические неисправности (например, потеря трения). Трансформатор состоит только из потерь энергии (отказ железа и меди).

Ни одна машина в мире не эффективна на 100 процентов, потери всегда есть!

Из-за изменений намагниченности сердечника трансформатора, а также потери меди из-за силы намотки трансформатора, происходит потеря физического явления.В объяснении описаны различные способы неудачи.

Не только из-за переменных колебаний магнитной цепи сердечника трансформатора, но и в основном из-за силы сопротивления обмотки. которые ясно объяснили эту потерю физического явления в статье, в основном связанной с потерями в сердечнике.

Любые потери в трансформаторе всегда рассчитываются на основе двух измерений: «Открытый контур» и «Замкнутый контур». С помощью этих измерений выходное напряжение, общие потери и КПД трансформатора оцениваются для расчета общей производительности любых трансформаторов.

Как правило, в трансформаторах известны только электрические потери. Но эти потери составляют лишь небольшую часть общих потерь трансформатора. Как и большинство потерь, происходит с сердечником в виде гистерезиса и потерь на вихревые токи.

Какие основные потери происходят в сердечнике трансформатора?

В трансформаторах считается одним из основных потерь по сравнению с другими существующими потерями. Это равносильно ИК, где он представляет собой общие потери тока в сердечнике из-за примесей материала и магнитного потока.R — общее сопротивление сердечника из-за воздушных зазоров и неправильной первичной и вторичной обмотки. Которая рассеивается в виде тепла.

Понимание концепции потери трансформатора

Фактические потери в стоимости электроэнергии относительно увеличиваются, особенно в нерабочее время. С уменьшением нагрузки при этом, а также увеличением относительной грузоподъемности формы. В целом, потеря энергии в трансформаторах — это реальная разница между входной и выходной мощностью.

С каких пор будет подаваться питание на первичный контур.Входящая нагрузка рассчитывается для достижения конечной точки сердечника. Также учитываются потери, которые произошли при электроснабжении.

Какие потери в трансформаторах?

Потери в любом трансформаторе в основном классифицируются в зависимости от конструкции и эксплуатации. Какие

  1. Переменная потеря
  2. Постоянные потери

, который далее делится на четыре основных вида на основе постоянных и переменных убытков.

  1. Потеря меди
  2. Потери в сердечнике
  3. Паразитная потеря
  4. Диэлектрические потери

Поскольку большинство потерь в трансформаторе происходит из-за типов сердечников и их функций. Что снова подразделяется на

  1. Гистерезис потери
  2. Потери на вихревые токи

Вот групповая диаграмма отказов трансформатора, чтобы вы могли ее четко понять.

Классификация потерь в трансформаторе

Потери в меди — это фактические потери в обмотке трансформатора, включая первичную и вторичную обмотки, вызванные примесями материала в меди, которые препятствуют прохождению тока через провода обмотки. Их также часто называют потерями в обмотке.

Известный уравнением:

I 2 R

Где « I » — ток, протекающий в обмотке из медного провода.

Где « R » — сопротивление обмотки из медного провода из-за примесей материала

Как уменьшить потери в меди в трансформаторе?

Истощение запасов меди вызвано омическим сопротивлением (R) обмоточного трансформатора и электрическим током (I).

Это в конечном итоге вызвано плохим качеством материала обмоток трансформаторов, а обмотки без потерь являются основными причинами потерь в меди. который может быть уменьшен двумя способами, если обмотка трансформатора будет плотной, так что сопротивление будет уменьшено, и наложением вакуумной пропитки (VPI) .

Каковы потери в сердечнике трансформатора?

Потери в сердечнике, также известные как потери в железе, в конечном итоге вызваны переменным магнитным потоком в сердечнике.Кроме того, потери в стали разделяются на гистерезисные и вихретоковые потери.

Это потери, возникающие в сердечнике трансформатора, когда он подвергается переменным изменениям магнитного потока под действием материала. Который отвечает за падение коэффициента преобразования энергии, ухудшающее производительность и эффективность .

Из-за нестабильных магнитных полей происходит отказ, который в конечном итоге разрушает сердечник без стабильного магнитного поля. В зависимости от основной причины они классифицируются на две разные потери.

Гистерезис потери

Когда сердечник трансформатора подвергается воздействию непрерывных переменных магнитных сил, возникает петля гистерезиса, в результате чего мощность рассеивается в виде внешнего тепла, что называется потерей гистерезиса.

Потери на гистерезис

Вот формула для расчета

P h = KƞB 1,6 fV в ваттах

Где «» является постоянным, зависит от материала магнитопровода.’

f ‘ — частота в Герцах.

« B » — самая высокая плотность потока.

V ‘ — объем материала.

Почему кремнистая сталь считается лучшим материалом сердечника для уменьшения потерь на гистерезис?

Кремниевая сталь

считается идеальным источником для уменьшения потерь на гистерезис, который является чрезвычайно хрупким и электромагнитным материалом, широко известным как холоднокатаная кремниевая сталь с центрированным зерном.Эти материалы состоят из небольших доменов размером зерна, которые ведут себя как магнит. Поскольку эти домены очень малы в конфигурации вещества, где любой диполь в том же направлении параллелен.

Другими словами, эти домены действуют как очень маленькие магниты, случайно размещенные в структуре материала.

Кривая ЧД изменяется при изменении домена в направлении магнитного поля.

Потери на вихревые токи

В трансформаторах, когда переменный ток подается на первичную обмотку, он создает переменный магнитный поток в сердечнике.Поскольку этот поток индуцируется во вторичной обмотке, создается напряжение. Это пропорционально увеличивает ток по нагрузке. Из-за переменного количества магнитного потока в сердечнике трансформатора индуцируется электродвижущая сила.

Вот формула для расчета

P e = K e B 2 f 2 t 2 В в ваттах

, где « K e » — постоянный коэффициент.

« f » — частота в герцах.

«B » — это самая высокая плотность потока по Веберу на квадратный метр.

«Т » — толщина ламинированного материала в метрах.

«V » — объем материала в кубических метрах.

Поскольку эти электродвижущие силы ответственны за местные токи. Циркуляционные токи не добавляют никакой ценности к общей производительности, которая тратится впустую, поскольку тепло влияет на производительность . Этот вид потерь известен как потери на вихревые токи.

Они сделаны из электропроводящего материала, так как по нему циркулирует ЭДС. Они возникают, когда проводник испытывает изменяющееся магнитное поле. Хотя такие токи мало удовлетворяют магнитному материалу, известному как потери на вихревые токи, они создают потери (потери I 2 R).

Потери на вихревые токи

Почему кремнистая сталь считается лучшим материалом сердечника для снижения потерь на вихревые токи?

Использование кремниевого материала для сердечника и очень тонкого ламинирования исключает эти потери.Затем он обеспечивает магнитную цепь с низким сопротивлением и высокой магнитной проницаемостью.

При изготовлении тонких пластин потери на вихревые токи уменьшаются.

Для уменьшения вихревых токов используется многослойная сталь.

Отношение потерь на вихревые токи и гистерезисных потерь определяет общие потери в сердечнике.

(Pi) = (гистерезисные потери + вихретоковые потери) = ((Ph) + (Pe) (гистерезисные потери + вихретоковые потери)

Где я могу узнать больше о таких магнитопроводах?

Вы можете связаться с опытной технической командой из Nicore India , которая сможет помочь вам с выбором правильного сердечника.В зависимости от размера и требуемой производительности.

Подробнее: Продукция с магнитным сердечником Nicore

Факторы электрических потерь

Снижение мощности обмоток можно определить при нагреве током. Эти затраты составляют 4-7 процентов от общей энергии, потребляемой в сетях. Они полагаются на ряд факторов.

  • Электрическая нагрузка системы.
  • Конфигурация внутренних сетей, их длина и размер сечения.
  • Режим работы.
  • Средневзвешенный коэффициент мощности системы.
  • Расположение компенсирующих устройств.
  • Потери в сердечнике трансформаторов переменные. На него влияет ток в цепях.

Формула наилучшего расчета

Коэффициент нагрузки в представленном методе определяется формулой:

K = E a / NM * OC h * cos π, где E a — количество активной мощности.

Какие потери возникают в течение периода нагрузки в трансформаторе, можно рассчитать в установленном порядке.Для этого используется формулировка:

P = XX * OC h * K 2 * LF

Если вам понравилась эта статья, сообщите нам в комментариях о любых улучшениях и оставьте отзывы об этом содержании, если оно того стоит. Если вы ищете какие-либо продукты.

Nicore India предоставляет материалы, изготовленные из сердечников из кремнистой стали CRGO и CRNO. Это не только помогает улучшить общую стабильность работы, но также устраняет гистерезис и потери на вихревые токи.

EI Core testing для Hystersis Loss

Они производятся с использованием стандартизированных процессов для достижения максимальной эффективности и превосходят любые ферритовые сердечники.

Чтобы получить более практическую информацию по этой теме, вы можете посмотреть YouTube здесь.

Калькулятор катушек и трансформаторов

Калькулятор катушек и трансформаторов

Вернуться к оглавлению.

Калькулятор катушек и трансформаторов.

С помощью этого калькулятора катушек вы можете спроектировать и рассчитать свойства катушки. или трансформатор.
Введите параметры в поля желтого цвета и затем нажмите кнопки расчета.

Ниже калькулятора вы найдете более подробное описание расчетов.
Используйте десятичную точку (не запятую), если вы хотите ввести десятичные дроби.

рекомендую вы также можете прочитать эту веб-страницу по поводу катушек и трансформаторов, многие вещи, которые я использую в этом калькуляторе, имеют Я там учился.
Он объясняет это очень ясно.

Расшифровка терминов, используемых в этом калькуляторе

Индуктивность: L

Индуктивность катушки — это свойство, которое описывает соотношение между напряжением, индуцированным в катушке, и изменением тока через катушку.

L = V L / (di / dt)

Где:
L = индуктивность катушки в Генри (Гн).
В L = Напряжение, индуцированное в катушке в вольтах.
di / dt = изменение тока через катушку в амперах в секунду.

Магнитный поток: Φ

Магнитный поток, обычно обозначаемый как Φ, равен измеряется в единицах Вебера (Вб).
Если у вас есть петля из провода, и вы подаете на нее 1 В в течение 1 секунды, магнитный поток в петле изменится на 1 Вебер.
Неважно, какого размера или формы петля, или из какого материала внутри петля есть.
Вы можете представить себе единицу Wb как количество силовых линий магнитного поля, проходящих через петля.

Для одиночного контура применяется:
Φ = Vt

Если катушка имеет более одного витка, мы можем использовать следующую формулу:
Φ = Vt / N

Где:
Φ = изменение магнитного потока в катушке в Weber
V = напряжение на катушке в вольтах
t = время в секундах
N = количество витков катушки

Плотность магнитного потока: B

Плотность магнитного потока B измеряется в единицах Тесла (Т).
Плотность магнитного потока указывает магнитный поток через определенную область.

Один Tesla — это один Вебер на квадратный метр
Или в формуле:
B = Φ / A

Где:
B = плотность магнитного потока в теслах
Φ = магнитный поток в Weber
A = площадь в квадратных метрах

Максимальная плотность магнитного потока при низкой частота: Bmax = Bsat

Магнитные материалы, используемые в сердечниках катушек и трансформаторов, могут использоваться до определенная максимальная плотность магнитного потока.
Для низкочастотных приложений (включая постоянный ток) максимальная плотность потока ограничена магнитным насыщение материала сердечника, эта плотность потока называется: Bsat.
В насыщенном состоянии все магнитные области в материале направлены одинаково. направление.

Однако теоретически возможно увеличить плотность потока выше насыщения, из-за проницаемости вакуума.
Но для этого требуется большой ток через катушку и чрезмерные потери мощности в обмотки.
Выше насыщения катушка потеряет большую часть своей индуктивности и запустится. действует как катушка без материала катушки.
Итак, держите плотность потока ниже Bsat.
Значение Bsat указано в спецификации материала сердечника.
Например, Bsat составляет около 0,3 Тл для ферритового материала и около 1,3 Тл для кремнистая сталь.

Значение Bsat зависит от температуры, чем выше температура, тем больше в большинстве случаев ниже Bsat.
В этом калькуляторе я использую значение Bsat при 100 ° C, которое автоматически появляется в поле Bmax при выборе материала сердцевины.
Итак, это наиболее безопасное значение, при более низкой температуре, однако Bsat может быть выше.

Максимальная плотность магнитного потока на более высокой частоте: Bmax
Для более высокочастотных приложений максимальный поток плотность в ядре ограничена потерями мощности в ядре, а не ядром насыщенность.
На более высоких частотах нам нужно уменьшить значение Bmax ниже Значение Bsat, чтобы избежать перегрева сердечника из-за потери собственной мощности.
Чем выше частота, тем меньше значение Bmax.

Для сердечников большего размера необходимо соблюдать плотность потока Bmax. ниже, чем для сердечников меньшего размера, чтобы избежать перегрева сердечника.
Это потому, что объем сердечника (который производит тепло) увеличивается. быстрее, чем внешняя часть сердечника (которая должна рассеивать тепло).

Мой калькулятор катушек и трансформаторов не рассчитывает для вас потери в сердечнике.
Вместо этого вы должны ввести определенную максимальную плотность потока в калькулятор, что сохранит потери в сердечнике ниже желаемого уровня.


Потери в сердечнике в сердечниках из кремнистой стали

На следующих рисунках показаны некоторые примеры потерь в сердечнике в кремнистой стали (также называется: электротехническая сталь или трансформаторная сталь).


Рисунок 1. Потери в сердечнике в кремнистой стали.

На рисунке 1 приведены некоторые примеры потерь в сердечнике при различной толщине ламинирования. и частоты.
Более высокие частоты дают более высокие потери.
А более толстая ламинация дает большие потери.
Чтобы преобразовать толщину ламинирования из «мил» в «мм», умножьте на 0,0254.
Однако потери в сердечнике (в ватт / кг) выше на более высоких частотах, Сердечник трансформатора можно сделать меньше на более высоких частотах.
И вы можете получить высокочастотный трансформатор с меньшими потерями в сердечнике (в ваттах), по сравнению с низкочастотным трансформатором той же номинальной мощности.

Для трансформаторов линий электропередач при 50 или 60 Гц потери в сердечнике обычно очень велики. ниже потери в обмотках при полной нагрузке.
При 50 или 60 Гц вы можете использовать в конструкции трансформатора, плотность потока в ядро равно: Bsat.

Для аудиопреобразователя вы разрабатываете самую низкую частоту аудиосигнала. сигнал, если он не превышает 100 Гц, вы можете использовать Bsat в качестве максимальная плотность потока в сердечнике.
Для более высоких звуковых частот ток намагничивания и плотность потока в ядро автоматически уменьшается.


Рисунок 2, потери в сердечнике в кремнистой стали при различных частотах.
Эти данные относятся к неориентированной кремнистой стали марки М-19 толщиной 14 мил или Толщина 0,36 мм.
О, а 1 фунт равен 0,45359 кг.


Потери в ферритовых сердечниках

Ферритовые сердечники имеют гораздо меньшие потери мощности на высоких частотах, чем кремниевые стальные сердечники.
Информация о максимальной плотности потока на определенной частоте может быть найдено в техническом описании ферритового материала, вот два примера:


Рисунок 3. Потери в сердечнике феррита N27.

На рисунке 3 показано соотношение между частотой, плотностью потока и потерями мощности в сердечник для ферритового материала N27, который насыщается при 0,41 Тл при 100 C.
Предположим, мы хотим, чтобы максимальная потеря мощности в активной зоне составляла 100 кВт / м. , что равно 100 мВт / см, я обозначил это значение красной линией.
Для сигнала 10 кГц (зеленая линия) мы находим максимальное пиковое значение для поток 300 мТл (= 0,3 Тл) при 100 C.
А для 200 кГц (синяя линия) мы находим максимум 50 мТл (= 0.05 Тесла).


Рисунок 4. Потери в сердечнике феррита 3C90.

На рисунке 4 показаны потери в сердечнике для ферритового материала 3C90, здесь данные представлен немного иначе.
Для потерь в сердечнике 100 кВт / м (= 100 мВт / см) мы найдите на частоте 200 кГц максимальную пиковую плотность потока 70 мТл (= 0,07 Тл).


Эффективная площадь поперечного сечения сердечника: Ae

Эффективная площадь поперечного сечения сердечника может быть найдена в лист данных ядра, это предпочтительный метод.
Или вы можете измерить.
Но только магнитный материал является частью эффективной площади поперечного сечения, поэтому не любое изолирующее покрытие, которое может покрывать сердцевину.


Рисунок 5: В сердечнике трансформатора EI эффективная площадь поперечного сечения (Ae), это площадь центральной ножки.
Обе внешние ноги обычно имеют площадь 1/2 Ae.

Когда вы уложили несколько жил, общая эффективная площадь поперечного сечения Ae (всего), равно значению Ae одного ядра, умноженному на количество ядра

Максимальный магнитный поток в сердечнике: Φmax

Максимальный магнитный поток в сердечнике рассчитывается по формуле:
Φmax = Bmax.Ae (всего)

Где:
Φmax = максимальный магнитный поток в сердечнике по Weber
Bmax = максимальная плотность магнитного потока в сердечнике в Тесла
Ae (total) = Общая эффективная площадь поперечного сечения сердечника в квадратных метрах

Относительная проницаемость керна: μr.

Относительная проницаемость мкр жилы Материал показывает, насколько больше индуктивности будет у вашей катушки по сравнению с катушка с вакуумом в сердечнике.
Вакуум имеет проницаемость (μ0) около 1.2566. 10 -6 Гн / м (Генри на метр).
Относительная проницаемость не имеет единицы.
Air имеет значение μr 1.00000037, поэтому практически равняется вакууму.
Относительная проницаемость материала керна μr часто зависит от плотности магнитного потока в сердечнике.
В этом калькуляторе я использую значение μr, близкое к нулю. плотность потока, в таблицах это обозначается как μi (относительная начальная проницаемость).
Еще один параметр, который вы можете найти в таблицах данных: μa (относительная амплитудная проницаемость), которая является значением μr при более высокой плотности потока.

Эффективная проницаемость керна: мкэ

Если у вас есть катушка, намотанная на кольцевой сердечник, сердечник полностью состоит из сердечника. материал, и полностью закрыт ..
Тогда эффективная проницаемость равна относительной проницаемости основной материал.

Но многие сердечники состоят из двух частей, которые соединены вокруг катушки. бывший с обмотками на нем.
Две основные части всегда будут иметь некоторый промежуток или воздушный зазор в между ними, что, кажется, снижает проницаемость ядра.
У вас есть керн с эффективной проницаемостью, которая меньше, чем относительная проницаемость материала сердечника.

Иногда в сердечнике намеренно делают воздушный зазор, чтобы уменьшить эффективная проницаемость.
При этом увеличивается максимальный ток через катушку, но не магнитный поток. плотность в ядре.
Дает тот же эффект, что и при использовании другого материала сердцевины с более низкой проницаемостью.

Эффективная проницаемость сердечника с воздушным зазором составляет:

мкэ = мкр.le / (le + (g .μr))

Где:
μe = эффективная проницаемость керна.
мкм = относительная проницаемость материала сердечника.
le = эффективная длина магнитного пути в сердечнике
g = длина воздушного зазора (измеряется в тех же единицах, что и le)

Эффективная длина магнитного пути в сердечнике: le

Эффективная длина магнитного путь в ядре можно найти в даташит ядра.
Или можно прикинуть по габаритам сердечника.
Это длина линии магнитного поля в центре материала сердечника. поедет.
Не включайте воздушный зазор в эту длину пути, а только путь в сердечнике. сам материал.


Воздушный зазор: g

Воздушный зазор — это слой воздуха на магнитном пути сердечника.


Рисунок 6: воздушный зазор в центральной ножке сердечника трансформатора EI.

На рисунке 6 показан воздушный зазор, вызванный укорочением центральной стойки трансформатора. затем две внешние ноги.
Пунктирными линиями обозначены силовые линии магнитного поля длиной: le


Рисунок 7: Воздушный зазор во всех выводах сердечника трансформатора EI.

На рис. 7 показан еще один сердечник трансформатора ЭУ с воздушным зазором.
Здесь все ножки трансформатора имеют одинаковую длину, а воздушный зазор создается слегка раздвинув части «E» и «I».
Видите ли, теперь силовые линии должны дважды перепрыгивать через слой воздуха, чтобы сформировать замкнутый цикл.
Это означает, что мы должны рассчитывать с воздушным зазором, который вдвое превышает расстояние между частями «Е» и «И».

Воздушный зазор необязательно заполнять воздухом или другими немагнитными материалами. как бумага или пластик, тоже пригодятся.
В трансформаторах воздушный зазор в сердечнике приведет к снижению связи между обмотки, которые могут быть нежелательными.

Коэффициент индуктивности: AL.

Коэффициент индуктивности AL сердечника равен индуктивность одной обмотки вокруг этого сердечника.
Если у вас более одной обмотки, индуктивность катушки будет:

L = N.AL

Где:
L = индуктивность катушки
N = количество витков
AL = коэффициент индуктивности сердечника

Если вам неизвестен коэффициент AL сердечника, это может быть рассчитано из эффективной проницаемости и размеров керна:

AL = μ0. мкэ. Ae (всего) / le

Где:
AL = коэффициент индуктивности в Гн / Н
μ0 = проницаемость вакуума = 1,2566. 10 -6 H / м
μe = эффективная проницаемость сердечника
Ae (total) = общая эффективная площадь поперечного сечения сердечника в м
le = эффективная длина магнитного пути в сердечнике в м.

Объединение сердечников

Объединение сердечников означает использование более одной жилы и пропускание обмоток через все эти ядра.
По сравнению с катушкой с одним сердечником, индуктивность умножается на количество ядра сложены.


Рисунок 8: катушка на стопке из 5 сердечников

Сопротивление провода

Провод, который вы используете для наматывания катушки или трансформатора, будет иметь некоторое сопротивление.
Это сопротивление рассчитывается с помощью:

R = ρ.l / A

Где:
R = сопротивление провода
ρ = удельное сопротивление материала провода в Ом · м, для меди это около 1,75. 10 -8 Ом · м
l = длина провода в метрах
A = площадь поперечного сечения провода в квадратных метрах

Общая площадь котла обмотки.

Расчетное значение площади меди, как говорится, только для меди обмотки.
На практике также приходится иметь дело с изоляцией проводов, воздух между витками и, вероятно, катушка.
Итак, на практике вам нужно больше места для обмотки, скажем в 2,5 или 3 раза расчетное значение для меди.

Максимальный ток (пиковое значение постоянного или переменного тока) через катушку

Максимальный ток через катушку — это ток, который дает максимум допустимый магнитный поток в сердечнике.

Imax = Φmax. Н / д

Где:
Imax = максимальный ток через катушку (пик постоянного или переменного тока)
Φmax = максимальный магнитный поток в сердечнике в Weber
N = количество витков
L = индуктивность катушки в Генри


Зарядка время до максимального тока.

Когда вы подключаете катушку к источнику постоянного напряжения V, ток I увеличивается с время.
Другими словами, вы заряжаете катушку.
Пока катушка не имеет сопротивления, ток увеличивается линейно, и время достижения определенного тока определяется по формуле:

t = L.I / V

Если катушка имеет сопротивление, увеличение тока больше не является линейным.
Максимальный ток через катушку ограничен значением: I = V / R.
Время зарядки катушки с сопротивлением рассчитывается по формуле:

т = -L / R.LN (1- (I.R / V))

Где:
t = время в секундах для увеличения тока от нуля до значения I.
L = индуктивность катушки в Генри.
R = Сопротивление катушки в Ом.
LN = Натуральный логарифм.
I = ток в амперах, для которого вы рассчитываете время зарядки.
В = напряжение на катушке.

В этом калькуляторе рассчитывается время, чтобы зарядить до максимальной катушки. ток, то есть ток, который дает в сердечнике плотность потока Bmax.

Накопленная энергия в катушке

Когда через катушку проходит ток, определенное количество энергии хранится в катушке.
Накопленная энергия рассчитывается по формуле:

E = 1/2. (L.I)

Где:
E = накопленная энергия в катушке в Джоулях
L = индуктивность катушки в Генри
I = Ток через катушку в Амперах

Максимальное напряжение переменного тока на катушке

Максимальное напряжение переменного тока (синусоида), которое вы можете приложить к катушке, составляет рассчитано по формуле:

Vmax = 4,44. Φмакс. N. f

Где:
Vmax = максимальное синусоидальное напряжение переменного тока на катушке в вольт RMS
Φmax = максимальный магнитный поток в сердечнике в Weber
N = количество витков на катушке
f = частота напряжения в герцах

Фактор 4.44 — это произведение двух коэффициенты, которыми являются:
4, поток изменяется от нуля до + Φmax за 1/4 цикла, следующая 1/4 цикла он возвращается к нулю, следующие две 1/4 цикла до -Φmax и обратно до нуль.
Таким образом, за один цикл поток изменяется в 4 раза по Φmax.
Умноженное на:
1,11, это форм-фактор синусоидальной волны, который представляет собой отношение среднеквадратичного значения к среднее значение.

Вот еще один способ вычисления максимального переменного напряжения на катушке:
Vmax = Imax.2. пи. f .L / √2
Здесь мы умножаем максимальный ток, проходящий через катушку, на полное сопротивление катушки при частоту f, а затем разделите ее на √2, чтобы преобразовать пиковое значение в среднеквадратичное значение.


Число витков первичной обмотки трансформатора.

Из формулы для максимального напряжения на катушке (см. Выше) мы легко можем найти формулу количества витков первичной обмотки трансформатора.

Np = Vp / (4.44. Φmax. F) Эта формула предназначена для синусоидальной волны. напряжения.

Где:
Np = количество витков первичной обмотки
Vp = первичное напряжение (= входное напряжение) трансформатора, среднеквадратичное значение в вольтах
Φmax = максимальный магнитный поток в сердечнике в Weber
f = частота напряжения в герцах

Если вы используете трансформатор для прямоугольных напряжений, форм-фактор для напряжение равно 1 (вместо 1,11 для синусоид),
, а количество витков вашего трансформатора должно быть в 1,11 раза больше.

Количество витков, которое мы теперь рассчитали, является минимальным количеством первичных повороты.
Если уменьшить количество витков первичной обмотки, сердечник трансформатора войдет в магнитное насыщение, которого необходимо избегать.
Однако разрешено делать количество витков (как первичных, так и вторичных). выше, но это увеличит сопротивление обмоток, и тем самым потеря мощности трансформатора.
Для трансформаторов линий электропередачи обычно устанавливается количество витков на минимально возможное значение, достаточное для предотвращения насыщения сердечника при максимальном вводе Напряжение.

Число витков вторичной обмотки трансформатора

В идеальном трансформаторе без потерь соотношение напряжений между вторичной и первичной обмотками стороны, такое же, как отношение витков между вторичной и первичной сторонами.
Или в формуле:
Vs / Vp = Ns / Np

Где:
Vs = Напряжение на вторичной стороне
Vp = Напряжение на первичной стороне
Ns = Число витков вторичной обмотки
Np = Число витков первичной обмотки

Отсюда следует:
Ns = Np. Vs / Vp

Мы могли бы также рассчитать его по формуле, очень похожей на формулу первичные витки:
Ns = Vs / (4.44. Φmax. f) Эта формула предназначена для синусоидальной волны. напряжения.

Индуктивность первичной обмотки трансформатора

Это индуктивность первичной обмотки трансформатора.
Вы можете измерить индуктивность первичной обмотки с помощью измерителя индуктивности.
При этом вторичная обмотка ни к чему не должна подключаться.

Или, если вы знаете количество витков первичной обмотки и коэффициент AL, первичный индуктивность можно рассчитать с помощью:

Lp = Np. AL

Где:
Lp = первичная индуктивность
Np = количество витков первичной обмотки
AL = коэффициент индуктивности сердечника

Значение первичной индуктивности необходимо для расчета намагничивания ток трансформатора.

Ток намагничивания

Ток намагничивания — это небольшой ток, который протекает через первичную обмотку. обмотка трансформатора, даже если выход трансформатора не нагружен.
Ток намагничивания создает магнитный поток в трансформаторе. основной.
Амплитуда тока намагничивания рассчитывается по формуле:

Im = Vp / (2.pi.f.Lp)

Где:
Im = ток намагничивания в Амперах RMS
Vp = Первичное напряжение в RMS вольтах
f = частота в Герцах
Lp = первичная индуктивность трансформатора в Генри

Ток намагничивания фактически такой же, как максимальный ток, который мы рассчитали для катушки.
Но для максимального тока катушки мы вычислили пиковое значение, в ток намагничивания трансформатора мы вычисляем действующее значение, поэтому есть коэффициент 1.414 между.

Если мы собираемся нагружать вторичную обмотку трансформатора, ток через первичная обмотка поднимется.
Но поток в сердечнике останется прежним.
Это связано с тем, что ток во вторичной обмотке дает противоположный поток, который нейтрализует весь дополнительный поток первичной обмотки.
Итак, в конце мы сохраняем только поток, вызванный током намагничивания, как бы тяжело мы ни нагружали трансформатор.

Ну так должно быть, если обмотки трансформатора имеют нулевое сопротивление.
Однако на практике обмотки трансформатора имеют некоторое сопротивление.
Ток через первичную обмотку дает определенное падение напряжения на сопротивление первичной обмотки.
Это вызывает уменьшение напряжения на первичной индуктивности (Lp), и это уменьшит ток намагничивания (Im) и магнитный поток в сердечнике.

Итак, для практических трансформаторов (с некоторым сопротивлением в обмотках) ток намагничивания и магнитный поток в сердечнике уменьшатся при загрузке трансформатор более тяжелый.
Это вызвано не сердечником трансформатора, а сопротивлением первичной обмотки. обмотка.

Номинальная мощность

Мощность, которую может выдать трансформатор, ограничена сопротивлением обмотки, а не сам сердечник.

Сопротивление обмоток приведет к понижению напряжения вторичного трансформатора. падение при более высоких токах нагрузки.
Это один из ограничивающих факторов, насколько допустимое падение напряжения для вашего заявление?

Другой ограничивающий фактор: потери мощности в первичной и вторичной обмотке.
Больший ток нагрузки на вторичной обмотке означает больше потерь мощности в первичной обмотке. и вторичные обмотки.
Потеря мощности приведет к нагреву обмоток трансформатора.
Во избежание перегрева трансформатора выходной ток трансформатора должен быть ограниченным ниже некоторого максимума.

Чтобы сделать трансформатор с высокой номинальной мощностью, мы должны поддерживать сопротивление как можно ниже обмотки.
В первую очередь это делают: сохраняя как можно меньшее количество витков, делая магнитный поток плотность в ядре как можно выше, чуть ниже насыщения.
Еще одна полезная вещь: использование большого сердечника трансформатора, а не потому, что сердечник ограничивает мощность, а потому что:

— Большой сердечник дает больше места для обмоток, поэтому мы можем использовать более толстую проволоку, чтобы уменьшить сопротивление.
— Большая площадь сердечника означает, что вы можете увеличить поток (не поток плотность) за счет уменьшения количества витков.
— Трансформатор большего размера может лучше рассеивать тепло, вызванное потерей мощности.

Калькулятор трансформаторов рассчитает для вас падение напряжения на вторичной обмотке и потери мощности в обмотках.
Вам решать, сколько падения напряжения и потери мощности приемлемы для ваш трансформатор.

Входной ток первичной обмотки трансформатора

Ток, идущий в первичную обмотку трансформатора (Ip), складывается из следующие токи:
Ток намагничивания (Im), который составляет 90 за первичным напряжением.
Ток, вызванный током вторичной нагрузки (Is), появляется ток нагрузки. на первичной обмотке величиной: Is. Ns / Np.

Ip = √ (Im + (Is.Ns / Np))

На самом деле существует также некоторый первичный ток, вызванный потерями в сердечнике, но я игнорирую это.
Не то чтобы этот ток обязательно был незначительным, но я тоже его обнаружил. сложно реализовать потери в сердечнике в калькуляторе.
Так что я просто опускаю его.
Так или иначе, ток первичного трансформатора при полной нагрузке почти только в зависимости от от вторичного тока нагрузки.

Потери в трансформаторе

В этом калькуляторе потери в трансформаторе рассчитываются на основе ток нагрузки, ток намагничивания и сопротивление обмоток постоянному току.

Однако есть и другие причины потерь в трансформаторе, такие как:
— Потери в сердечнике (потери на гистерезис и потери на вихревые токи).
— Емкость внутри и между обмотками.
— Скин-эффект и эффект близости, увеличивающие сопротивление провода при более высоких частоты.
Но я их опускаю, поэтому вам не нужно указывать все правильные параметры для эти эффекты, и для меня калькулятор не стал слишком сложным в изготовлении.

Ток намагничивания играет незначительную роль в потерях трансформатора, но I реализовали это в калькуляторе, потому что это было довольно легко сделать.


Рисунок 9

На рисунке 9 показана эквивалентная схема для трансформатора с первичной обмоткой. сопротивление (Rp), вторичное сопротивление (Rs) и первичная индуктивность (Lp).
Резистор RL — это нагрузочный резистор, который вы подключаете к трансформатору. выход.
«Идеальный трансформатор» в схеме — это воображаемое устройство без потерь, с бесконечная индуктивность и нулевое сопротивление.


Рисунок 10: упрощение рисунка 9.

На рисунке 10 показаны идеальные трансформаторы Rs и RL из рисунка 9. заменен одним резистором номиналом (Rs + RL). (Np / Ns).
Теперь можно рассчитать напряжение на катушке Lp, а затем ток намагничивания.
Я не буду подробно объяснять, как проходит этот расчет, калькулятор делаем расчет за вас.
Напряжение на Lp можно умножить на Ns / Np, чтобы получить напряжение на Rs + RL.
Таким образом мы можем определить мощность во всех резисторах.


Вернуться к оглавлению.

Трансформатор

— потери и КПД

Потери в трансформаторе

В любой электрической машине «потери» можно определить как разницу между входной и выходной мощностью.Электрический трансформатор представляет собой статическое устройство , следовательно, механические потери (такие как потери от ветра или трения) в нем отсутствуют. Трансформатор состоит только из электрических потерь (потерь в стали и в меди). Потери в трансформаторе аналогичны потерям в машине постоянного тока, за исключением того, что трансформаторы не имеют механических потерь.
Потери в трансформаторе объясняются ниже —
(i) Потери в сердечнике или потери в железе

Потери на вихревые токи и гистерезисные потери зависят от магнитных свойств материала, из которого изготовлен сердечник.Следовательно, эти потери также известны как потери в сердечнике или потери в стали .

  • Потери на гистерезис в трансформаторе : Потери на гистерезис вызваны изменением намагниченности в сердечнике трансформатора. Эти потери зависят от объема и марки чугуна, частоты перемагничивания и величины магнитной индукции. Его можно получить по формуле Штейнмеца:
    Вт ч = ηB max 1,6 фВ (Вт)
    где η = постоянная гистерезиса Штейнмеца
    V = объем сердечника в м 3
  • Потери на вихревые токи в трансформаторе : В трансформаторе переменный ток подается на первичную обмотку, которая создает переменный магнитный поток.Когда этот поток соединяется со вторичной обмоткой, он создает в ней наведенную ЭДС. Но некоторая часть этого потока также связана с другими проводящими частями, такими как стальной сердечник, железный корпус или трансформатор, что приведет к наведенной ЭДС в этих частях, вызывая в них небольшой циркулирующий ток. Этот ток называется вихревым током. Из-за этих вихревых токов некоторая энергия будет рассеиваться в виде тепла.
(ii) Потери в меди в трансформаторе
Потери в меди обусловлены омическим сопротивлением обмоток трансформатора.Потери в меди для первичной обмотки I 1 2 R 1 , а для вторичной обмотки I 2 2 R 2 . Где I 1 и I 2 — ток первичной и вторичной обмоток соответственно, R 1 и R 2 — сопротивления первичной и вторичной обмоток соответственно. Понятно, что потери Cu пропорциональны квадрату тока, а ток зависит от нагрузки. Следовательно, потери в меди в трансформаторе зависят от нагрузки.

КПД трансформатора

Как и любая другая электрическая машина, КПД трансформатора можно определить как выходную мощность, деленную на входную. То есть эффективность = выход / вход.

Трансформаторы — самые эффективные электрические устройства. Большинство трансформаторов имеют КПД при полной нагрузке от 95% до 98,5%. Поскольку трансформатор является высокоэффективным, выход и вход имеют почти одинаковое значение, и, следовательно, непрактично измерять эффективность трансформатора, используя выход / вход.Лучшим методом определения КПД трансформатора является использование КПД = (вход — потери) / вход = 1 — (потери / вход).

Условия максимальной эффективности

Пусть,

Потеря меди = I12R1

Утрата железа = Wi

Следовательно, КПД трансформатора будет максимальным, когда потери в меди и потери в стали равны.
То есть потеря меди = потеря железа.


Круглосуточная эффективность трансформатора

Как мы видели выше, обычный или коммерческий КПД трансформатора можно задать как
Но в некоторых типах трансформаторов об их работоспособности нельзя судить по этому КПД.Например, первичные обмотки распределительных трансформаторов постоянно находятся под напряжением. Но их вторичные сети обеспечивают небольшую нагрузку без нагрузки большую часть времени в течение дня (поскольку бытовое использование электроэнергии наблюдается в основном с вечера до полуночи).
То есть, когда вторичные обмотки трансформатора не питают нагрузку (или подают только небольшую нагрузку), тогда только потери в сердечнике трансформатора являются значительными, а потери в меди отсутствуют (или очень малы). Потери в меди значительны только при нагрузке трансформаторов.Таким образом, для таких трансформаторов потери в меди относительно менее важны. Производительность таких трансформаторов сравнивается по энергии, потребляемой за один день.
Ежедневный КПД трансформатора всегда меньше его обычного КПД. Таблица

для расчета потерь трансформатора

Потери трансформатора

Трансформаторы имеют два основных компонента, которые определяют потери: сердечник и катушки . Типичный сердечник представляет собой сборку из многослойной стали, и потери в сердечнике в основном связаны с намагничиванием (возбуждением) сердечника.

Таблица для расчета потерь трансформатора

Эти потери, также известные как потери холостого хода , присутствуют все время, когда трансформатор включен, независимо от того, есть ли нагрузка или нет.

Потери в сердечнике примерно постоянны от холостого хода до полной нагрузки при подаче линейных нагрузок. Они представляют собой непрерывную стоимость, 24 часа в сутки, в течение 25 лет или более срока службы трансформатора.


Формулы в таблице

  • ВН Ток полной нагрузки = ВА / (1.3
  • Общие потери I² R при атмосфер. temp = Потери Hv + Потери Lv
  • Суммарные потери при рассеивании при атмосфер. temp = Измеренные потери — Потери I²R
  • Потери I²R при температуре 75 ° C = ((225 + 75) · потери) / (225 + Температура окружающей среды).
  • Параллельные потери при температуре 75 ° C = ((225 + Атм.temp) (Паразитные потери при температуре окружающей среды)) / 300
  • Общие потери при полной нагрузке при 75 ° C = Потери I²R при 75 ° C + Паразитные потери при 75 ° C
  • Полное сопротивление при комнатной температуре. темп = (Имп. напряжение · 1,732) / Ток полной нагрузки
  • Общее сопротивление при атмосфер. температура = потери I²R / I²
  • Полное реактивное сопротивление (X) = SQRT (Импеданс² — Сопротивление²)
  • Сопротивление при 75 ° C = (300 · сопротивление при температуре окружающей среды) / (225 + температура окружающей среды)
  • Импеданс при 75 ° C = SQRT (R² при 75 ° C + X²)
  • Полное сопротивление в процентах = (Z при 75 ° C · I · 100) / V1
  • Сопротивление в процентах = (R 75 ° C · I · 100) / V1
  • Реактивное сопротивление в процентах = (X · I · 100) / V
  • Регулирование в Unity P.F. = (% R cosø +% Xsinø)
  • Регулировка при 0,8 P.F. = (% R cosø +% Xsinø) + 1/200 (% R sinø -% Xcosø) 2
КПД при Unity PF
  • При 125% нагрузки трансформатора = (кВА · 1,25 · 100 ) / ((кВА · 1,25) + (потери I²R · 1,25²) + (потери без нагрузки))
КПД при 0,8 PF
  • При 125% нагрузки трансформатора = (кВА · 1,25 · PF · 100 ) / ((кВА · PF · 1,25) + (I²R потери · 1.25²) + (потери без нагрузки))

Вклад в потери трансформатора

Уровень нагрузки варьируется в широких пределах, при этом некоторые установки работают очень сильно, а другие менее нагружены.

Эта разница существенно влияет на фактические понесенные убытки. К сожалению, имеется небольшой объем полевых данных, что обусловлено такими факторами, как недостаточная осведомленность о стоимости потерь и стоимость сбора подробных данных от разумного количества отдельных трансформаторов.

Несколько переменных влияют на потери в трансформаторе, наиболее важные из которых включают уровень нагрузки , профиль нагрузки и конструкцию сердечника и катушки .

Поскольку на рынке представлено большое количество трансформаторов, предназначенных для различных целей и поставляемых разными производителями, фактические потери, понесенные в полевых условиях, будут существенно различаться от установки к установке.

Электронная таблица для расчета потерь трансформатора

Соответствующее содержимое EEP с рекламными ссылками

Руководство по трансформаторам — основы трансформаторов с железным сердечником



12.Проектирование и изготовление трансформатора

Для низких частот силовые и коммуникационные трансформаторы могут быть любого из два вида-сердечник или оболочка. Железный сердечник трансформатора с сердечником имеет прямоугольную форму. по форме и имеет четкую область в центре. Может быть сконструирован из L-образных или I-образные переплетенные пластинки, как показано на рис. 7. Большинство трансформаторов, особенно силовые, намотаны так, что половина первичной обмотки на одной ноге и наполовину на другой ноге.То же самое и со вторичной обмоткой. Нередко можно встретить другие схемы обмотки в аудио и других коммуникациях. трансформаторы.

Например, первичный и вторичный иногда наматывают на одну ногу. рамы, оставив вторую ногу свободной. В некоторых случаях все первичные обмотка размещена на одной ножке, а вся вторичная обмотка — на другой. [Первое метод минимизирует индуктивность рассеяния (см. раздел 17) и поэтому является предпочтительным когда это существенный фактор.]


Фиг. 7. Пластины трансформатора с сердечником могут иметь чередующиеся буквы L или I. L-ОБРАЗНЫЙ ЛАМИНАЦИИ (ПЕРЕМЕЩЕННЫЕ); ПЛАСТИНЫ ДВУСТОРОННЕЙ ФОРМЫ (ПЕРЕСЕЧЕННЫЕ)

Сердечник оболочечного типа состоит из чередующихся или соединенных встык секций фасонной формы. как E или I. Обе первичная и вторичная обмотки намотаны в центре. ветвь сердечника, при этом обмотка низкого напряжения включается первой, т. е. ближайшая основная нога. Конструкция корпуса имеет то преимущество, что обеспечивает большую площадь. пути потока, которые помогают ограничить магнитные поля внутри сердечника.Самый маленький силовые и звуковые трансформаторы имеют корпусную конструкцию. На рисунке 8 показаны позиции обмоток повышающего трансформатора напряжения.

Пластины штампуются из тонколистового металла. Когда процесс штамповки По завершении каждой пластинки имеется мелкий заусенец по краям, предотвращающий секции не лежат одна на другой в идеальном механическом контакте. Таким образом, как в результате заусенца, создающего эффективную площадь поперечного сечения сердечника несколько меньше, чем его фактическая площадь поперечного сечения, происходит потеря физического космос.

Поскольку потеря пространства является функцией метода перемежения, трансформатор производителя заботит то, что он называет коэффициентом укладки (соотношение от эффективной рабочей площади поперечного сечения до фактического или измеренного поперечного сечения площадь ядра). При использовании пластин из одной и той же штамповочной матрицы соединенный встык сердечник без чередования дает больший коэффициент штабелирования, и является предпочтительным методом. Чем больше коэффициент штабелирования, тем меньше требуется железа. для достижения заданной рабочей площади поперечного сечения. 8 X dt

, где NP = первичная обмотка

Те же изменения магнитного потока, которые влияют на первичную обмотку, к которой применяется eu. также воздействуют на вторичную обмотку.8 Х dt (15)

где N = вторичные витки

Разделение уравнения (14) на уравнение (15): например, _ NP

e. — Н. (16)

Уравнение (16) было получено на основе двух предположений.

Во-первых, трансформатор идеален (его первичная обмотка имеет нулевое сопротивление и потокосцепление между двумя обмотками составляет 100%) и, во-вторых, трансформатор выгружается. Поскольку ни одно из этих условий никогда не выполняется на практике, уравнение (16) следует рассматривать как идеальный закон с учетом поправок, которые подразумеваются по фактическим условиям труда.

Пример 2. Если вторичное напряжение исправного ненагруженного трансформатора равно 12000 вольт, а соотношение витков первичной и вторичной обмоток составляет 1: 1000, что такое приложенное первичное напряжение?

Решение. Решая уравнение (16) для eu и подставляя: e = 12000 X _I_ = 12 вольт g 1,000

14. КПД и токи катушек

При подключении нагрузки к вторичной обмотке наведенная в этой обмотке ЭДС устанавливает ток нагрузки. Поскольку мощность теперь будет потребляться во вторичной цепи, Закон Ленца гласит, что направление магнитного поля, возникающего в результате вторичный ток должен противодействовать начальному полю первичного.Противоположные поэтому поток уменьшает общий поток до степени, определяемой величиной протекающего вторичного тока. Пониженный магнитный поток воздействует на первичную обмотку. за счет уменьшения возникающей в нем противо-эдс, тем самым позволяя протекает больший первичный ток. Таким образом, вход трансформатора приспосабливается к требованиям, предъявляемым нагрузкой к выходной мощности. Трансформатор — отличный пример электрического устройства, демонстрирующего мудрость закона сохранения энергии.

Хороший трансформатор мало влияет на коэффициент мощности цепи к которому он подключен, хотя небольшие отклонения от единичного коэффициента мощности приобретают значение в специальных расчетах.

Предполагая единичный коэффициент мощности, можно определить КПД трансформатора. как:

КПД

% = e •! • x 100 (17)

eglg

, где e8, i., E9 и ifl обозначают соответствующие среднеквадратичные значения вторичных и первичные напряжения и токи.

Обычно КПД трансформаторов очень высок, со значениями порядка от 95% до 99% обычных. Если предполагается, что КПД трансформатора равен быть 100%, то знаменатель и числитель дроби в уравнении (17) можно приравнять: egii: = e.i. (18)

или, например, i.

(19)

e. я,

Подставляя отношение витков, как данное m Уравнение (16) для отношения напряжений, у нас:

и. _ Nr ii: N. (20)

Уравнение 20 показывает, что первичный и вторичный токи in и i., соответственно, обратно пропорциональны количеству витков на соответствующих им катушки.

Важный момент. Вторичный ток i8 регулируется вторичным током. напряжение и нагрузка, на которую подается это напряжение. Здесь вторичный обмоткой считается простой генератор, подчиняющийся закону Ома в соответствии с с фундаментальными принципами кондиционирования воздуха. Однако первичный ток определяется приложенным потенциалом e9 и сопротивлением первичной обмотки.

Как было показано ранее, полное сопротивление первичной обмотки, в свою очередь, регулируется противоток, создаваемый вторичным током.

Уравнение (20) — это просто математическая зависимость, полученная из предшествующих тождеств. возникшие из физических понятий. Уравнение (20) не объясняет, почему данный соотношение первичной и вторичной текущей ликвидности существует. Как обсуждается ниже, этот ток отношение — это функция потоков и встречных потоков, которые явно не выражены в уравнении.

Пример 3. Какова выходная мощность трансформатора с КПД? 85%, если он тянет 8 ампер из линии 120 вольт?

Решение. С учетом приведенных и требуемых фактов уравнение (17) может быть переформулировано. как:

КПД

% = выходная мощность eJs

Решение буквального уравнения: выходная мощность = (% elf) x (eJs)

100 X 100, так что

= 85 Х 8 Х 120

= 816 вольт-ампер 100

(21)

… и поскольку предполагается единичный коэффициент мощности (если не указано иное): мощность мощность = 816 Вт

15.Связь и взаимная индуктивность

Когда две катушки расположены рядом друг с другом таким образом, что изменение тока в одном из них возникает напряжение на другом, говорят, что они обладают взаимная индуктивность. Как и самоиндукция, взаимная индуктивность измеряется в генри. Говорят, что две катушки имеют взаимную индуктивность 1 генри, если ток, изменяющийся со скоростью 1 ампер / секунду в одной из катушек возникает напряжение l вольт. появиться на выводах другой катушки.Из этого определения Очевидно, что связь между наведенным напряжением (e,), скорость изменения тока в одной катушке (dir, / dt) и взаимная индуктивность (M) дается по:

(22)

Самоиндукция в одной катушке определяется аналогичным уравнением:

di e1 = L dt

, где e = индуцированное напряжение, L — собственная индуктивность катушки в henries, а di / dt — скорость изменения тока в амперах в секунду.

Когда две катушки имеют самоиндуктивности (или просто индуктивности) L1 и L, соответственно, приводятся в физические отношения, так что взаимные индуктивность между ними равна M, с помощью дифференциального исчисления можно показать, что максимальная взаимная индуктивность ограничена значениями самоиндукции как приведено в уравнении (24).

максимум M = ~ (24)


Рис. 9. Ряд 1 соединяет первичную и вторичную обмотки трансформатора.

M может достичь своего максимального значения, только если потокосцепление от катушки 1 к катушке 2 идеально (каждая линия, идущая от катушки 1, проходит через катушку 2). Если потокосцепление несовершенное, M будет меньше максимально возможного значения. Отношение фактической величины взаимной индуктивности к максимально возможной. значение является полезным, потому что оно выражает степень, в которой две индуктивности связаны независимо от величин соответствующих индуктивностей.

Это отношение, обозначенное буквой k, известно как коэффициент связи и равно определено:

~ (25)

Коэффициент связи безразмерен, так как числитель и знаменатель уравнения (24) дан в тех же единицах. В идеальном трансформаторе (т.е. там, где имеется 100% потокосцепление), k = I, поскольку взаимная индуктивность будет максимальным и, следовательно, равным квадратному корню из L 1L 1 • Это условие иногда называют единичной связью.Обмотки трансформатора считаются тесно связан, если k больше 0,5. Если k = 0,01 или меньше, катушки говорят, что они слабо связаны.

16. Экспериментальное определение M и k

Первичная и вторичная обмотки трансформатора с железным сердечником могут быть соединены. последовательно одним из двух способов (см. рис. 9). Для одного метода подключения поток, создаваемый первичным током, будет в том же направлении, что и поток, создаваемый вторичным током в общем сердечнике.Эта ситуация известен как серийное пособие. В другой связи два потока будут противостоять друг друга в основном. Это называется последовательным противостоянием. Потому что взаимная индуктивность между катушками, общая индуктивность последовательной комбинации будет не будет просто суммой двух индуктивностей, но будет включать эффект M, а именно: L1

+ L2

+ 2M для серийного обслуживания L1

+ L2

— 2М для последовательно-встречных (26)

(27)

Эти соотношения представляют собой удобный метод экспериментального определения ценность М.Обмотки сначала подключаются последовательно, и общий измеряется индуктивность L1a.

Затем они соединяются последовательно-встречно и измеряется L 10.

(Измерение индуктивности может быть получено с помощью индуктивного моста правильный диапазон, или с помощью закона Ома и определения импеданса, а от это, получая индуктивность с помощью измеренного сопротивления текущий путь, используя стандартные методы решения a-c.) Если уравнение (27) вычитается из уравнения (26), получаем:

Lta — Lto = 4M или (28)

Взаимная индуктивность равна разности индуктивностей в помощь в серии и противостояние в серии делятся на 4.

После определения M k легко получить из уравнения (25). Пример 4, Трансформатор имеет первичную обмотку с индуктивностью 2 Генри и вторичную. с индуктивностью 6 генри. При последовательном включении общая индуктивность равна 14 генри. При последовательном включении общая индуктивность составляет 2 Генри. Найти взаимная индуктивность между обмотками и коэффициент связи.

Решение. Приведены количества L1

.

= 2 генри, L2

= 6 генри, Lta = 14 генри и Lto = 2 генри.

Таким образом,

= 14

2

= 3 генри 4 и M k —-

— ~ 3

= Vf2 «= 0,866

17. Индуктивность утечки

Даже в лучших трансформаторах не весь магнитный поток создается в одной обмотке. связь с другой катушкой. Этот поток «утечки» вызывает ЭДС самоиндукции. и вызывает то, что известно как индуктивность рассеяния в каждой катушке. Индуктивность утечки ведет себя точно так же, как эквивалентное количество обычной индуктивности вставлены последовательно с обмоткой трансформатора.Таким образом, он имеет определенную реактивное сопротивление и может вызвать падение напряжения, которое увеличивается с увеличением тока.

По мере увеличения нагрузки на вторичной обмотке падение напряжения из-за индуктивности рассеяния увеличивается, и, следовательно, вызывает падение вторичного напряжения на клеммах. Индуктивность утечки является основной причиной, препятствующей переходу между первичной обмоткой. соотношение напряжений, равное соотношению витков первичной и вторичной обмоток. В разумных хорошо спроектированный силовой трансформатор (индуктивность рассеяния поддерживается на низком уровне), вторичная обмотка напряжение при полной нагрузке не должно падать более чем примерно на 8% ниже значения холостого хода.Поскольку реактивное сопротивление утечки также является функцией частоты (Xr, = 2 pi fL), Влияние индуктивности рассеяния в аудиотрансформаторах серьезное.

Хорошее приближение полной индуктивности рассеяния трансформатора может быть полученным путем измерения первичной индуктивности (со вторичной обмоткой короткозамкнутый) и вторичной индуктивности (при короткозамкнутой первичной обмотке). Чем ближе k к единице, тем точнее будет приближаться это приближение. истинное значение полной индуктивности рассеяния.Если Lmp является измеренным первичным индуктивность, Lap — это фактическая или истинная индуктивность первичной обмотки. Lm — измеренная вторичная индуктивность La — это фактическая вторичная индуктивность, а k — это коэффициент связи, и анализ показывает, что величины связаны следующим образом:

Lmp = 2 (1 — k) Круг с короткозамкнутой вторичной обмоткой (29)

Lm • = 2 (1 — k) L .. с короткозамкнутой первичной обмоткой (30)

Оба уравнения дают ожидаемый результат, если k равно единице: со связью идеально, нет измеримой первичной или вторичной индуктивности, даже если истинные индуктивности этих обмоток могут быть высокими.По мере уменьшения значения k измеренная индуктивность каждой обмотки увеличивается. Это означает, что утечка индуктивность тоже увеличивается. Чтобы поддерживать низкую индуктивность рассеяния и поддерживать наилучшие возможные характеристики трансформатора, k должно поддерживаться как можно ближе к единство, насколько это возможно.

Величина имеющейся индуктивности рассеяния практически не зависит от сердечника. материал; но это зависит от способа намотки катушек, их размеры, расстояние между ними и т. д. Используя широкие, очень плоские обмотки с небольшими разделение, индуктивность рассеяния, как правило, сводится к минимуму.Чередование первичного а вторичные обмотки дополнительно минимизируют индуктивность рассеяния.


Рис. 10. Некоторые факторы, определяющие распределенную емкость между обмотка трансформатора и ее сердечник.

18. Распределенная емкость

Верхняя частотная характеристика трансформатора во многом зависит от распределенные емкости, которые существуют между двумя концами данной обмотки, между соседними обмотками и между данной обмоткой и сердечником.Распространено емкость чаще всего определяется прямым измерением; но это ценно знать факторы, которые его определяют, и то, как ими можно управлять.

Многие уравнения, встречающиеся в литературе по проектированию трансформаторов, получены эмпирическим путем. полученный. Они представляют собой приближения, которые, поскольку количество слоев в данная обмотка увеличена, все больше и больше соглашайтесь с фактическими измеренными цифры. (См. Рис. 10.) Расчет распределенных емкостей обычно выполняется началось с максимально точного измерения емкости между сердечниками и обмотка.(Концы обмотки связывают вместе для этого измерения.) Уравнение, полученное эмпирическим путем на основе множества таких измерений:

C _ 0,2251 нед. Год. (31)

, в котором C ,. = емкость между сердечником и обмоткой, l = средняя длина один оборот в дюймах, w = ширина слоя в дюймах, K = диэлектрическая проницаемость изоляции, а d = толщина общей изоляции между обмоткой и основной. Уравнение (31) показывает, что распределенная емкость от обмотки к сердечнику прямо пропорциональна длине витка (средней), ширина обмотки (среднее значение), диэлектрическая проницаемость изоляции и варьируется обратно пропорционально общей толщине изоляции.

Некоторые схемы требуют заземления одного конца обмотки на шасси, что автоматически заземляет один конец к сердечнику. Для этого условия распределенная емкость между сердечником и обмоткой уменьшается и Cb = ~ a (32)

, где Cb — распределенная емкость в мкФ.

Шунтирующая емкость обмотки является одним из наиболее важных факторов. в трансформаторной конструкции. Он определяется как емкость, которая существует между концы многослойной катушки.Эта емкость, Cc, определяется по формуле:

.

C _ 0,301 Вт K (NL — 1)

К — dNL2 (33)

, где NL = количество слоев в катушке. Распределенные емкости трансформатора несколько изменится, когда центр заземлен (с отводом по центру). (Точные формулы для этих емкостей являются эмпирическими и могут быть найдены в любом Справочник конструктора трансформатора.)

19. Размеры трансформатора

Фактический объем или физический размер трансформатора зависит от этих факторов. как тип используемого материала сердечника, тип охлаждения, допустимая температура подъем, на который рассчитан трансформатор, и толщина изоляции материал, необходимый для используемых потенциалов.Приведенные выше соображения основаны на о требованиях к нагрузке трансформатора. Однако требования к нагрузке не всегда может считаться просто номиналом вольт-ампер вторичной обмотки. обмотка. Некоторые виды использования требуют особого обращения. Например, когда центральное нажатие трансформатор работает в двухполупериодной схеме выпрямителя, за ним следует дроссель. фильтра, во вторичной обмотке трансформатора возникают значительные искажения тока. обмотка, следовательно, и в первичной обмотке. В этом случае экспериментально можно показать и математически, что на каждые 100 Вт потребляемой мощности нагрузки средняя Мощность рассеивания трансформатора должна составлять около 140 Вт.Таким образом, этот тип приложение требует трансформатора значительно более высокой мощности, чем другие, в которых используется эта система выпрямителя-фильтра.


Рис. 11. Кривая эмпирических размеров, полученная усреднением физических размеров для нескольких сто трансформаторов.

С другой стороны, когда трансформатор используется для питания обычных a-c, его физический размер обычно основан на собранных эмпирических данных за годы инженерных экспериментов.На рис.11 эмпирическая кривая представлены для среднего трансформатора, предназначенного для использования в диапазоне 60 Гц, где охлаждение происходит только за счет нормальной конвекции и допустимой температуры Повышение температуры 40 ° С.

20. Максимальные рабочие температуры

Нормальная практика проектирования трансформаторов заключается в проектировании для заданной температуры. подъем. Допустимое повышение температуры, в свою очередь, зависит от вида и качество изоляции на проводах катушки и изоляция, используемая для разделения слои намотки друг от друга, и от сердечника.

Органические материалы, такие как хлопок, шелк, бумага и лакированная бумага, когда подвергается воздействию температур выше определенных четко определенных пределов, как правило, становится сухим и хрупкий. Если температура продолжает оставаться высокой, происходит обугливание. дальнейшая потеря механической прочности. Перегрузки или вибрации под этим тогда обстоятельства могут привести к дорогостоящим поломкам. Неорганическая изоляция имеет тенденцию размягчаться и плавиться при высоких температурах. Для включения инженера-трансформатора чтобы грамотно подобрать изоляцию для заданного повышения температуры, американские Институт инженеров-электриков (А.I.E.E.) обнародовал классификацию который устанавливает пять классов изоляции на основе максимальной эксплуатационной температура. Краткое изложение этой классификации приведено в Таблице I. Фактические повышение температуры трансформатора обычно измеряется путем определения изменения в сопротивлении обмотки. Повышение сопротивления на 4% очень близко соответствует температуре 10 ° C. повышение температуры.

==========

ТАБЛИЦА 1

Класс Макс. Темп. Материалы

0 A 90 ° C Хлопок, шелк, бумага и аналогичные органические изоляторы без пропитки или погружение.

105 ° С

(1) Пропитанная или погруженная в воду органическая изоляция, включенная в класс 0.

(2) Формованные и ламинированные материалы с целлюлозой, фенольными смолами и др. смолы.

(3) Пленки и листы из ацетата целлюлозы

(4) Эмали или лаки B 130 ° C Слюда, асбест, стекловолокно и аналогичные неорганические материалы, в которых используются органические связующие.

H 180 ° C То же, что и класс B, за исключением силиконовых связующих.

C свыше 180 ° C Вся слюда, фарфор, стекло, кварц и т. Д. В органических материалах.

============


Рис. 12. Относительный КПД трансформаторов малой и большой мощности, работающих при 60 Гц в резистивную нагрузку с максимальным повышением температуры на 0,40 ° C, охлаждение только конвекцией.


Рис. 13. Изменение сердечника 10 Ом с увеличением плотности потока для сердечника 60 Гц. материал из кремнистой стали среднего класса.

21. КПД трансформаторов малой и большой мощности

Для указанного максимального повышения температуры было обнаружено, что небольшой силовой трансформатор лучше переносит рабочие условия с низким КПД чем большой.Поскольку максимальная эффективность достигается при такой нагрузке Отрегулировано, что потери в сердечнике равны потерям в меди, трансформаторы малой мощности предназначенные для использования в сети с частотой ниже 100 Гц, могут быть разработаны с некоторыми сердечники меньшего размера, чем можно было бы ожидать, учитывая относительную потребляемую мощность. Таким образом, используется меньше материала сердцевины.

Следовательно, КПД силового трансформатора снижается, но это требует не вызывать превышение температуры, превышающей предел, установленный изоляцией.Это это экономия в дизайне, которая приводит к меньшей эффективности, найденной в маломощные трансформаторы. Сравнительная эффективность малых и больших трансформаторов получено усреднением нескольких сотен трансформаторов разных производителей показаны на кривой рис. 12.

22. Основные материалы

Хотя сейчас доступны материалы с чрезвычайно высокой проницаемостью, большинство коммерческих Производители силовых трансформаторов до сих пор используют отожженные стальные листы с содержание кремния от 2% до 5%.Этот материал обладает относительно высокой проницаемостью. даже при высоких плотностях потока. Поэтому по сравнению с более дорогим ядром материалов, кремнистая сталь представляет собой значительную экономию, так как она недорогая и позволяет избежать чрезмерных потерь в сердечнике. (Рисунок 13 показывает, как потери в сердечнике в типичной кремнистой стали среднего класса повышается с увеличением плотности магнитного потока.) Для звуковых трансформаторов требуются материалы сердечника с высокой проницаемостью при низких плотности потока. Эту потребность удовлетворяют такие сплавы, как мю-металл (никель, железо, марганец и медь) и пермаллой (никель, железо, марганец и молибден) .Из-за большого количества доступных материалов для сердцевины выбор зачастую затруднен. поскольку обычно существует несколько решений любой проблемы в трансформаторе дизайн. Как правило, главными факторами являются стоимость и размер. Иногда выбор должно быть основано на простоте сборки, простоте монтажа готового трансформатора, или на том факте, что только один конкретный сердцевинный материал обеспечит желаемый электрические характеристики.

23. ВИКТОРИНА

1. В чем разница между трансформатором с корпусом и трансформатором с сердечником?

2.Какое вторичное напряжение можно ожидать от идеального ненагруженного трансформатора если 6,3 вольт приложено к первичной обмотке, имеющей 350 витков, и если вторичная содержит 3500 витков?

3. Объясните, как вторичная нагрузка контролирует величину первичного тока, который течет в силовом трансформаторе.

4. Каков КПД 100 вольт-амперного трансформатора при подаче напряжения 50 вольт? к его первичной обмотке вызывает протекание первичного тока 2,09 ампера?

5. Что подразумевается под уравнением e1 = M (di / dt)?

6.Найти коэффициент связи, если взаимная индуктивность между двумя 8-генами катушки 7,6 генри.

7. Полностью объясните процесс и измерения, которые необходимо выполнить для экспериментальное определение взаимной индуктивности между двумя соединенными железными сердечниками катушки.

8. Что подразумевается под индуктивностью рассеяния?

9. Объясните, почему поддержание k, близкого к единице, приводит к небольшой индуктивности рассеяния.

10. Подробно опишите, как распределяется емкость обмотки трансформатора. определяется экспериментально.

11. Обсудите различные типы изоляции, используемые производителями современных трансформаторов. с точки зрения максимально допустимых рабочих температур трансформаторов.


См. Также:

Руководство по промышленным силовым трансформаторам

ТРАНСФОРМАТОРЫ : Основные принципы Промышленные трансформаторы

Как спроектировать и рассчитать высокочастотный трансформатор?

Введение

Трансформатор — это пассивное электрическое устройство, которое передает электрическую энергию от одной электрической цепи к другой или нескольким схемам.Его ток передачи — переменный ток. Трансформатор обычно используется для увеличения или уменьшения подачи. В качестве одного из типов высокочастотные трансформаторы используют частоты от 20 кГц до более 1 МГц. В этой статье рассказывается о процессе проектирования высокочастотных трансформаторов (HFT), то есть как рассчитать высокочастотный трансформатор?

Как сделать высокочастотный трансформатор?

Каталог


Ⅰ Сердечник трансформатора

В реальных трансформаторах две катушки намотаны на один и тот же железный сердечник.Сердечник трансформатора обеспечивает магнитный путь для направления потока. Использование высокопроницаемого материала (который описывает способность материала переносить флюс), а также более совершенные методы изготовления сердечника помогают обеспечить желаемый путь потока с низким сопротивлением и ограничить линии потока к сердечнику. Ниже представлены некоторые важные аспекты сердечника трансформатора.

1.1 Материал магнитного сердечника

Какой материал лучше всего подходит для сердечника высокочастотного трансформатора? Мягкий феррит широко используется в импульсных источниках питания благодаря своим характеристикам.Его преимуществами являются высокое сопротивление, низкие потери на вихревые токи переменного тока, низкая цена и простота обработки в различных формах. Он также имеет недостатки, в том числе низкую рабочую плотность магнитного потока, низкую проницаемость, большую магнитострикцию и относительно чувствительность к изменениям температуры. Выбор подходящих материалов может полностью удовлетворить требования к конструкции высокочастотных трансформаторов, и они имеют идеальные характеристики и ценовое преимущество.

1.2 Структура сердечника

Сердечник трансформатора в качестве основной части, факторы, которые следует учитывать при выборе структуры магнитного сердечника, включают: уменьшение магнитной утечки и индуктивности рассеяния, увеличение расстояния отвода тепла катушки, что способствует экранированию, простота обмотка катушки, удобная сборка и разводка.Магнитная утечка и индуктивность рассеяния напрямую связаны со структурой сердечника. Если магнитный сердечник не требует воздушного зазора, лучше использовать замкнутый магнитопровод кольцевой или квадратной формы.

1.3 Параметры сердечника

При разработке параметров магнитного сердечника особое внимание следует уделять плотности магнитного потока при работе, ограниченной не только кривой намагничивания, но также потерями и рабочим режимом передачи энергии. Когда магнитный поток изменяется в одном направлении: ΔB = Bs-Br, что ограничивается не только плотностью магнитного потока насыщения, но также, главным образом, потерями (потеря вызывает повышение температуры, влияющее на плотность магнитного потока).Рабочая плотность магнитного потока Bm = 0,6 ~ 0,7ΔB.
Открытие воздушного зазора может уменьшить Br, чтобы увеличить значение изменения плотности магнитного потока ΔB. После этого ток возбуждения увеличивается, но объем магнитопровода можно уменьшить. Для работы магнитного потока в двух направлениях: ΔB = 2Bm. В этом случае также необходимо обратить внимание на то, что вольт-секундная область положительных и отрицательных изменений возбуждения не равна по разным причинам, и возникает проблема смещения постоянного тока. Поэтому к магнитному сердечнику можно добавить небольшой воздушный зазор или в конструкцию схемы можно добавить блокирующий конденсатор постоянного тока.

1.4 Параметры катушки

Параметры катушки включают количество витков, сечение (диаметр) провода, форму провода, расположение обмоток и расположение изоляции.
Диаметр проволоки определяется плотностью тока обмотки. Обычно J составляет 2,5 4 А / мм2. При выборе диаметра проволоки следует учитывать скин-эффект. При необходимости внесите корректировки после проверки превышения температуры трансформатора.

1,5 витка катушки

Обычно используемое расположение обмоток: первичная обмотка расположена близко к магнитному сердечнику, а обмотка обратной связи вторичной обмотки постепенно выходит наружу.Рекомендуются следующие два расположения обмоток:
1) Если напряжение первичной обмотки высокое, а напряжение вторичной обмотки низкое, вторичную обмотку можно использовать близко к магнитному сердечнику, затем следует обмотка обратной связи и Первичная обмотка находится в самом дальнем конце, что выгодно для первичной обмотки по отношению к магнитному сердечнику. Устройство изоляции.
2) Чтобы увеличить связь между первичной и вторичной обмотками, половина первичных обмоток может быть близко к сердечнику, затем обмотка обратной связи и вторичные обмотки, а другая половина первичных обмоток во внешнем слое, что значительно снизит индуктивность рассеяния. .

1.6 Конструкция сборки

Конструкция сборки высокочастотного силового трансформатора делится на два типа: горизонтальная и вертикальная. При использовании плоских магнитных сердечников, чиповых магнитных сердечников и тонкопленочных магнитных сердечников все они имеют горизонтальную структуру сборки.

1.7 Проверка превышения температуры

Проверка превышения температуры может быть выполнена путем расчета и испытания образцов. Экспериментальное превышение температуры ниже допустимого превышения температуры более чем на 15 градусов, что увеличивает плотность тока и соответственно уменьшает сечение провода.Если она превышает допустимое превышение температуры, соответственно уменьшите плотность тока и увеличьте сечение провода. Например, увеличьте площадь рассеивания тепла магнитопровода и диаметр провода.

Символ трансформатора

Ⅱ Типы высокочастотных трансформаторов

2.1 Классификация трансформаторов

Силовые трансформаторы делятся на три категории в зависимости от топологии:
(1) Обратный трансформатор
(2) Прямой трансформатор
(3) Двухтактный трансформатор (в полном мосту / полумосте)
Подходящая топологическая структура структуры магнитопровода показана в следующей таблице:

Основная структура

Трансформатор Тип цепи

Обратный ход Тип

Тип передачи

Двухтактный Тип

E ядер

+

+

0

Ядра Planar E

+

0

Ядра EFD

+

+

Ядра ETD

0

+

+

Ядра ER

0

+

+

U Ядра

+

0

0

Ядра RM

0

+

0

EP сердечников

+

0

P Ядра

+

0

Кольцевые сердечники

+

+


Примечания: « + » = Соответствующий « 0 » = Нормальный «» = Нет

2.2 Правила проектирования

1) Если катушка индуктивности фильтра постоянного тока и сердечник катушки индуктивности работают только в одном квадранте, индукторы, принадлежащие к этому типу, включают повышающие индукторы, понижающие индуктивности, понижающие / повышающие индукторы, прямолинейные и двухтактные фильтрующие индукторы трансформатора, и несимметричные трансформаторы.
2) Магнитный сердечник переднего трансформатора работает только в одном квадранте, поэтому трансформатор необходимо сбросить магнитным способом.
3) Магнитный сердечник двухтактного трансформатора имеет двунаправленное переменное намагничивание.Преобразователи, относящиеся к этой категории, включают двухтактные преобразователи, полумостовые и полномостовые преобразователи, а также катушки индуктивности фильтров переменного тока.

Ⅲ Выбор сердечника трансформатора

1) Мягкий феррит широко используется в импульсных источниках питания из-за его низкой цены, хорошей адаптируемости и высокочастотных характеристик.
2) Мягкие ферриты бывают двух серий: феррит марганец-цинк и феррит никель-цинк. Составляющими марганцево-цинкового феррита являются Fe2O3, MnCO3 и ZnO.Он в основном используется в различных фильтрах ниже 1 МГц, катушках индуктивности, трансформаторах и т. Д. С широким спектром применений. Компонентами никель-цинкового феррита являются Fe2O3, NiO, ZnO и т. Д., Которые в основном используются для различных индукционных обмоток с частотой выше 1 МГц, магнитных шариков для защиты от помех и совместных устройств согласования антенн.
3) Марганцево-цинковые ферритовые сердечники наиболее широко используются в импульсных источниках питания. В зависимости от их использования различается и выбор материалов. Сердечники, используемые в части фильтра входного питания, в основном обладают высокой проницаемостью, а их материалы в основном относятся к классам R4K ~ R10K, то есть ферритовые сердечники с относительной проницаемостью 4000 ~ 10000.Что касается основных трансформаторов и выходных фильтров, большинство из них имеют высокую плотность магнитного потока насыщения, а их B составляет около 0,5 Тл (т.е. 5000 GS).

Ⅳ Параметры главного трансформатора

a. Топология трансформатора

При более высокой плотности магнитного потока насыщения Bs и более низкой остаточной плотности магнитного потока Br, Bs оказывает определенное влияние на результаты работы трансформатора и обмотки. Теоретически, если Bs высокий, количество витков обмотки будет уменьшаться, и потери в меди также уменьшатся.В практических приложениях существует множество схем импульсных высокочастотных преобразователей питания. Для трансформаторов их рабочие формы можно разделить на две категории:

Схема является полумостовой, полной мостовой, двухтактной и т. Д. Положительные и отрицательные токи возбуждения полупериода в первичной обмотке трансформатора идентичны по величине и противоположны по направлению. Следовательно, изменения магнитного потока в сердечнике трансформатора также перемещаются симметрично вверх и вниз. Максимальный диапазон изменения B составляет △ B = 2Bm, и составляющая постоянного тока в сердечнике в основном нейтрализуется.

Схема является несимметричной прямой, несимметричной обратной связью и т. Д. Первичная обмотка трансформатора добавляет однонаправленное прямоугольное импульсное напряжение за один цикл (в случае несимметричного обратного хода). Сердечник трансформатора возбуждается однонаправленно, и плотность магнитного потока изменяется от максимального значения Bm до остаточной плотности магнитного потока Br. В это время △ B = Bm - Br. Если Br уменьшается, а плотность магнитного потока Bs насыщения увеличивается, B может увеличиваться. Это может уменьшить количество витков и потери в меди.

г. Низкие потери мощности на высоких частотах
Потери мощности феррита не только влияют на выходную эффективность источника питания, но также вызывают нагрев сердечника, искажение формы сигнала и другие нежелательные последствия.
Проблема нагрева трансформатора очень часто встречается на практике. Это в основном вызвано потерями в меди и потерями в сердечнике. Если Bm выбрано слишком низким при проектировании трансформатора, и большее количество витков обмотки вызовет нагрев обмотки и, в то же время, передачу тепла магнитному сердечнику.И наоборот, если сердечник является основным нагревательным телом, это также вызовет нагрев обмотки.
При выборе ферритовых материалов потери мощности должны иметь отрицательную зависимость от температурного коэффициента. Если потери в сердечнике являются основным источником тепла, температура трансформатора будет расти, что приведет к дальнейшему увеличению потерь в сердечнике, что в конечном итоге приведет к сгоранию силовой трубки, трансформатора и других компонентов. Поэтому при разработке силовых ферритов в стране и за рубежом необходимо решить проблему отрицательного температурного коэффициента самого магнитного материала.Это также важная особенность магнитного материала для источника питания.

г. Проницаемость
Какова соответствующая проницаемость? Это следует определять в соответствии с частотой коммутации реальной цепи. Обычно материалы с относительной проницаемостью 2000 имеют применимую частоту ниже 300 кГц, а иногда она может быть выше, ниже 500 кГц. Для материалов с более высоким значением следует выбирать более низкую магнитную проницаемость, обычно около 1300.

г. Более высокая температура Кюри
Температура Кюри — это температура, при которой магнитный материал теряет свои магнитные свойства, обычно выше 200 ℃. Однако фактическая рабочая температура трансформатора не должна превышать 80 ℃. Это связано с тем, что, когда температура выше 100 ℃, его плотность магнитного потока насыщения Bs упала до 70% от значения при комнатной температуре. Следовательно, чрезмерно высокая рабочая температура вызовет более сильное падение плотности потока насыщения магнитопровода.Кроме того, когда он выше 100 ° C, его потребляемая мощность имеет положительный температурный коэффициент, что приведет к порочному кругу. Для материала R2KB2 температура, соответствующая допустимой потребляемой мощности, достигла 110 ° C, а температура Кюри — 240 ° C, что соответствует требованиям для высокотемпературного использования.

Ⅴ Как рассчитать высокочастотный трансформатор?

5.1 Принципы и методы проектирования трансформаторов

Существует два основных метода проектирования трансформаторов: метод произведения площади AP.AP является произведением площади поперечного сечения сердечника Ae и эффективной площади окна Aw катушки.

PT — мощность трансформатора
Ae — эффективная площадь поперечного сечения
Aw — площадь окна сердечника
Ko — коэффициент использования окна сердечника, типичное значение 0,4.
Kf — коэффициент формы, прямоугольная волна — 4, синусоида — 4,44.
Bw — рабочая магнитная напряженность магнитопровода
Fs — рабочая частота переключателя
Kj — коэффициент плотности тока, взять 395A / см2
X — коэффициент структуры ядра

5.2 Анализ метода AP

В соответствии с методом проектирования силового трансформатора, общие этапы проектирования трансформатора с использованием метода AP произведения площади:
1. Выберите материал сердечника и рассчитайте полную мощность трансформатора.
2. Определите размер AP сердечника в поперечном сечении, а затем выберите размер сердечника в соответствии с ним.
3. Рассчитайте индуктивность и количество витков первичной и вторичной сторон.
4. Рассчитайте длину воздушного зазора.
5. Найдите диаметр провода в соответствии с плотностью тока и действующим значением тока первичной и вторичной сторон.
6. Определите, соответствуют ли потери меди и железа требованиям (допустимые потери и превышение температуры).

5.3 Параметры источника питания

Входное напряжение: 175-264 В переменного тока
Выходное напряжение: 21 В
Выходная мощность: 3 А
Частота установлена ​​на 60 кГц, а рабочий цикл изначально установлен на 0,45.
Используя обратную топологию, выберите материал сердечника и определите полную мощность PT трансформатора.
Учтите стоимость, выберите здесь материал PC40:
Проверьте данные PC40 и получите Bs = 0.39Т, Br = 0,06Т

Bm = ΔBmax * 0,6 = 0,198T, округлите до 0,2T
Чтобы предотвратить мгновенное насыщение магнитопровода, зарезервируйте определенный запас и возьмите Bm = ΔBmax * 0,6 = 0,198T, возьмите 0,2T.
Полная мощность трансформатора PT, для обратноходового трансформатора:

Рассчитать AP:

Где:
Дж — плотность тока, обычно принимается 395 А / см2.
Ku — эффективный коэффициент использования медного окна, который определяется в соответствии с требованиями безопасности и количеством выходных каналов, обычно 0.B * Ae)
Np = 1434uH * 1,257A / (0,2 * 84,8) = 106,28T округлить до 106T
2) Число витков вторичной обмотки
Ns = Np / n
Ns = 106T / 7,8 = 13,58T , округлить до Ns = 14T
3) Обороты обратной связи
Nv = (Vcc + Vf) / [(Vo + Vf) / Ns]
Nv = (14,5V + 1V) / [(21V + 1V) / 14T] = 9,87T, круглый это к Nv = 10T

Чтобы избежать насыщения магнитопровода, к магнитной цепи добавляется соответствующий воздушный зазор, и расчет выглядит следующим образом:

Может потребоваться скорректировать количество витков в зависимости от краевого эффекта магнитного потока в воздушном зазоре.n / Vimin
Iprms = 63W / 0,8 / 210V = 0,375A
Диаметр провода (плотность тока J составляет 4A / мм2)

Используйте два провода диаметром 0,18 мм и намотайте их вместе или используйте одножильный провод AWG # 28.
Диаметр вторичной обмотки

Используйте 4 провода диаметром 0,25 мм для параллельной намотки и рассчитайте текущую глубину скин-слоя:

Диаметр многопроволочной проволоки должен быть меньше или равен dwH. Для однопроволочной намотки, если диаметр проволоки превышает dwH, необходимо рассмотреть возможность использования нескольких жил.

Расчет потерь в меди Pcu и потерь в стали Pfe (полные потери в трансформаторе Ploss)
a) Потери в первичной и вторичной обмотках. Среди них MLT — это средняя длина витка магнитопровода.

b) Рассчитайте допустимые общие потери Ploss и потери в стали при КПД η .

c) Найдите фактические потери при эксплуатации в соответствии с кривой потерь в сердечнике.
Потери железа на единицу веса, фактически произошло

Фактические потери в стали должны быть ниже допустимого значения.

d) Рассчитайте потери на единицу площади Φ = Ploss / As. Если повышение температуры, вызванное значением Φ, составляет менее 25 градусов, конструкция в порядке.
Bw Расчет:

Рабочая плотность магнитного потока Bw должна соответствовать требованиям расчетного индекса, Bw , чтобы избежать насыщения магнитопровода.

Часто задаваемые вопросы о конструкции высокочастотного трансформатора

1. Что такое высокочастотный трансформатор?
Основное отличие состоит в том, что, как следует из их названия, они работают на гораздо более высоких частотах — в то время как большинство трансформаторов сетевого напряжения работают на частоте 50 или 60 Гц, высокочастотные трансформаторы используют частоты от 20 кГц до более 1 МГц…. Для любой данной номинальной мощности, чем выше частота, тем меньше может быть трансформатор.

2. Каковы особенности конструкции высокочастотного трансформатора?
Проектирование ВЧ трансформаторов. Трансформаторы высокой частоты передают электроэнергию. Физический размер зависит от передаваемой мощности, а также от рабочей частоты. Чем выше частота, тем меньше физический размер.

3. Какая польза от высокочастотного трансформатора?
Эти трансформаторы предназначены для безопасного и точного управления напряжением до 15 000 вольт, преобразуя уровни высокого напряжения и тока между катушками за счет магнитной индукции.Высоковольтные и высокочастотные трансформаторы используются в самых разных областях, от источников питания до лазерного оборудования и ускорителей частиц.

4. В чем разница между высокой и низкой частотой?
Когда мы говорим о звуке, мы говорим о высоких и низкочастотных волнах. … Это измерение количества циклов в секунду выражается в герцах (Гц), причем более высокий Гц соответствует более высокочастотному звуку. Низкочастотные звуки составляют 500 Гц или ниже, а высокочастотные волны — более 2000 Гц.

5. Какая частота трансформатора?
Что такое частота трансформатора. Доступны три распространенные частоты: 50 Гц, 60 Гц и 400 Гц. Мощность в Европе обычно составляет 50 Гц, а в Северной Америке — 60 Гц. Частота 400 Гц зарезервирована для мощных приложений, таких как аэрокосмическая промышленность, а также для некоторых специализированных компьютерных источников питания и ручных станков.

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *