Калькулятор тороидального трансформатора онлайн: elektrosat – Расчёт тороидального трансформатора онлайн

alexxlab | 18.01.1979 | 0 | Разное

принцип работы, сечение сердечника, преимущества эксплуатации

Высококачественные трансформаторы широко используются в различных отраслях. Многие мастера ценят такие агрегаты за то, что они достаточно компактны и легки, а вот коэффициент полезного действия находится на высоком уровне. Такие характеристики особенно важны в сварочных аппаратах и стабилизаторах напряжения. Но чтобы такой агрегат исправно работал, нужно правильно рассчитать тороидальный трансформатор.

Краткое описание

Современные производители занимаются промышленным изготовлением нескольких разновидностей магнитопроводов для трансформаторов — броневого, стержневого, тороидального. Если сравнивать их эксплуатационные характеристики и сферы использования, то более эффективным можно считать последний вариант. Всё дело в том, что такое устройство обладает исключительно положительными параметрами, благодаря чему активно применяется в современной промышленности.

Высокая производительность и длительный эксплуатационный срок повлияли на то, что сейчас тороидальный трансформатор является базовым элементом в осветительной технике, стабилизаторах напряжения, источниках бесперебойного питания, радиотехнике, а также медицинском и диагностическом оборудовании.

Сами производители утверждают, что такой агрегат представлен в виде однофазной установки, которая может как понижать, так и повышать мощность. Для качественной эксплуатации трансформатор оборудован мощным сердечником с двумя и более обмотками. Но принцип его эксплуатации ничем не отличается от тех моделей, которые оснащены броневой или стержневой намоткой.

В независимости от эксплуатационных характеристик, трансформатор — это устройство, главная задача которого основана на преобразовании электроэнергии из одной величины в другую. Однако даже самые минимальные изменения в конструктивном исполнении могут существенно изменить итоговые размеры и вес электрической установки. Благодаря этому, технико-экономические параметры будут только возрастать.

Основные преимущества

У такого трансформатора магнитопровод имеет форму тороида, иными словами — все кольца отличаются прямоугольным сечением. Уникальные эксплуатационные характеристики высоко ценятся как в бытовых, так и промышленных сферах. Помимо этого, тороидальный агрегат имеет ряд дополнительных преимуществ в отличие от стандартных стержневых и бронированных моделей:

1. У мастеров появилась отличная возможность использовать для сердечника сталь с повышенной магнитной проницаемостью (Э-370, 340).
2. Известно, что итоговый поток рассеяния в идеальной тороидальной катушке должен быть равен нулю. В таком трансформаторе этот показатель имеет некоторую конечную величину. Но такие потоки рассеяния не такие уж и большие, как у обычных моделей, поэтому внешние магнитные поля не влияют на слаженную работу трансформатора.
3. В сердечнике полностью отсутствуют зазоры и стыки.
4. Мастер может смело использовать структурные свойства сердечника, так как в тороидальном агрегате направление магнитного поля полностью совпадает с прокатом ленты.

Все вышеперечисленные преимущества позволяют добиться высоких экономических и электрических показателей. За счёт этого существенно возрастает производительность оборудования:

• Существенно уменьшается общее количество витков, которые используются для получения величины индуктивной первичной обмотки. Такой эффект достигается благодаря использованию сталей с высокой магнитной проницаемостью. В отдельных конструкциях мастерам удалось снизить итоговый расход меди на 25%.
• Полное отсутствие зазоров и наличие высоколегированной стали является причиной того, что в сердечнике трансформатора достигается более высокая индукция. Это функциональное преимущество совершенно не влияет на коэффициент нелинейных искажений. В результате мастеру удаётся повысить Bmax в два раза, что считается невозможным в броневых трансформаторах. В итоге снижается итоговый вес и объём рабочего сердечника.
• Равномерная частотная характеристика каскад достигается за счёт небольшой величины индуктивности рассеяния. Наличие минимальных искажений по вине переходных процессов позволяет использовать довольно глубокую обратную связь отрицательного типа.

В связи с тем, что тороидальный трансформатор обладает небольшим магнитным полем, даже самый тесный монтаж не влияет на взаимодействие с другими элементами конструкции.

Самостоятельное изготовление агрегата

Прежде чем приступить к созданию такого агрегата, необходимо подготовить все необходимые инструменты и материалы. Для изготовления более качественной модели может понадобиться даже швейная машинка, прочная игла и обычные спички, но такие детали можно найти практически в каждом доме.

Основным расходным материалом является железо, из него изготавливаются базовые части трансформатора. Для работы понадобится качественная сталь, которая должна быть в форме тора. Не стоит забывать и о хорошем проводе в лаковой изоляции. Надёжная фиксация не может обойтись без клея ПВА и малярного скотча.

Отдельно стоит учесть, что качественная работа обмоток зависит от изоленты на тканевой основе. А также стоит приобрести высококачественный провод в резиновой или силиконовой изоляции. Этот элемент понадобится для надёжного соединения всех концов обмотки.

Подготовка трансформаторной стали

Начинающим мастерам может показаться, что достать базовый элемент конструкции крайне сложно, но на практике всё обстоит совершенно иначе. Дело в том, что даже обычные пункты приёма металла часто располагают неработоспособными стабилизаторами напряжения. В советский период они были очень распространены, так как использовались в чёрно-белых телевизорах, что продлевало работоспособность кинескопов.

Исправность такого устройства совершенно не имеет значения, так как особой ценностью обладают только тороидальные трансформаторы, которые расположены во внутреннем отсеке стабилизатора. Именно эта часть используется мастерами в качестве основы всей конструкции.

На пути к изъятию трансформаторов всегда лежит обмотка, изготовленная из алюминиевого провода. Не стоит забывать о том, что сердечник тоже нуждается в подготовительных работах. Мастер должен максимально округлить острые края этой детали, так как в процессе намотки может повредиться лаковая изоляция. Поверх трансформаторной стали обязательно укладывается изолента на тканевой основе. В этом случае нужен всего один изоляционный слой.

Правила обмотки

Прежде чем приступить к этому виду работы, нужно сделать расчёт тороидального трансформатора по сечению сердечника. Конечно, мастер может использовать специальные онлайн-калькуляторы, которых на просторах интернета существует очень много. Но можно выбрать более простой вариант, где для всех вычислений нужно подготовить только линейку и калькулятор.

Конечно, он может иметь некоторые погрешности, так как расчёт не подразумевает соблюдения всех тех факторов, которые встречаются в природе. Главное, придерживаться правила о том, что итоговая мощность во вторичной катушке не должна превышать аналогичных показателей в первой обмотке.

Когда мастер дошёл до этого этапа и нужно сделать намотку тороидального агрегата, ему стоит быть крайне внимательным, так как этот процесс довольно трудоёмкий. Отличным считается тот вариант, когда есть возможность самостоятельно разобрать магнитопровод, а уже после намотки собрать его.

В противном случае можно прибегнуть к помощи обычного веретена, на которое нужно аккуратно намотать определённое количество заранее подготовленного провода. Только после этого веретено можно пропустить необходимое количество раз сквозь тор, равномерно укладывая витки обмоток. Конечно, на реализацию такой идеи уйдёт достаточно много времени, но результат того стоит.

Стоит отметить, что в стандартных ситуациях мастера проводят дополнительную изоляцию тороидального сердечника от обмоток (даже в том случае, если используется лакированная проволока). Особой популярностью пользуется высококачественный электротехнический картон, который соответствует всем стандартам ГОСТ 2824 . Толщина этого материала находится в пределах 0,8 мм.

Во время работы мастера придерживаются следующей схемы:

• Картон аккуратно наматывается на сердечник с небольшим захватом предыдущего витка. Конец материала обязательно фиксируется киперной лентой либо клеем ПВА.
• Все торцы сердечника должны быть защищены картонными шайбами с небольшими надрезами от 10 до 20 мм, длина шага — 35 мм. Как наружная, так и внутренняя грань обязательно закрывается небольшими полосами. Стоит отметить, что технологические шайбы фиксируются на финишном этапе, а все прорезиненные зубцы загибаются. Поверх всей конструкции наматывается киперная лента.
• Если надрезы были сделаны на самых полосах, тогда должен присутствовать небольшой запас, чтобы добиться большей высоты торца. Все кольца должны быть прикреплены строго по ширине, накладываются они поверх загибов.
• В редких случаях кольца могут быть изготовлены из специальной электротехнической фанеры, толстого текстолита. Уязвимую внутреннюю и внешнюю грань защищают картонными полосами с небольшими загибами по краям. Между первыми витками обмотки и сердечником должен присутствовать небольшой воздушный зазор. Такой подход особенно важен в тех случаях, когда края под проволокой протрутся. Так уязвимая токонесущая часть никогда не коснётся тороидального сердечника. На верхний слой обязательно наматывается киперная лента. В некоторых случаях мастера предпочитают сглаживать внешнее ребро колец, за счёт чего намотка углов идёт плавно.

Если трансформатор обладает повышенной мощностью, тогда медный провод должен быть прямоугольного сечения. Такой подход позволяет сэкономить свободное пространство. Жила обязательно должна быть толстой, чтобы она не плавилась во время того, как по ней проходит большое напряжение.

Тонкости расчётных манипуляций

Чаще всего первичная обмотка питается от обычной сети переменного напряжения в 220 В. Если мастеру нужно две вторичные обмотки, чтобы каждая выдавала минимум по 12 В, то площадь сечения должна составлять минимум 0,23 кв. мм. Но этих данных мало, чтобы правильно рассчитать тороидальный трансформатор.

Мастеру нужно разделить 220 В на определённую сумму напряжений вторичной цепи. Так можно получить коэффициент 3,9, который будет обозначать, что сечение провода для вторичной обмотки должно быть аналогичным с этим показателем. А вот для того, чтобы определить количество витков, нужно прибегнуть к достаточно простой формуле: напряжение 220 В умножить на коэффициент 40, а полученную цифру следует разделить на площадь поперечного сечения магнитопровода.

Отдельно стоит учесть, что от правильности проведённых расчётов зависит уровень КПД тороидального трансформатора и его эксплуатационный срок. Именно поэтому лучше несколько раз всё перепроверить, дабы не допустить самых распространённых ошибок.

Рекомендации специалистов

Когда мастер тщательным образом изучил способ изготовления трансформатора своими руками, он может смело приступать к практической части. Так как намотка витков считается очень сложным процессом, понадобится запастись терпением, чтобы итоговый результат оправдал все ожидания. Ведь именно от того, насколько качественно выполнен этот этап, зависят эксплуатационные характеристики устройства.

Для упрощения этой задачи можно использовать специальный станок, предназначенный для намотки тороидальных трансформаторов. Цена такого агрегата считается доступной, а при желании его можно изготовить и своими руками.

Расчет тороидального трансформатора по сечению сердечника

Перед конструкторами радиоэлектронной аппаратуры часто ставится задача создания таких устройств, которые отличались бы небольшими размерами и минимальным весом.

Практика показала, что лучше всего применять силовые трансформаторы с тороидальным магнитопроводом. В сравнении с броневыми сердечниками из Ш-образных пластин они имеют меньший вес и габариты, а также отличаются лучшими условиями охлаждения обмотки и повышенным к.п.д. Кроме того, при равномерном распределении обмоток по периметру сердечника практически отсутствует поле рассеяния и в большинстве случаев отпадает необходимость в экранировании трансформаторов,

В связи с тем, что полный расчет тороидального трансформатора по сечению сердечника сложен, приводим таблицу, с помощью которой радиолюбителю будет легче произвести расчет тороидального трансформатора мощностью до 120 вт.

Точность расчета вполне достаточна для любительских целей.

Расчет параметров тороидального трансформатора, не вошедших в таблицу, аналогичен расчету трансформаторов на Ш-образном сердечнике.

Таблицей можно пользоваться при расчете трансформаторов на сердечниках из холоднокатаной стали Э310, Э320, Э380 с толщиной ленты 0,35—0, 5 мм. и стали Э340, Э350, Э360 с толщиной ленты 0*05—0,1 мм. при частоте питающей сети 50 Гц.

При намотке трансформаторов допустимо применять лишь меж обмоточную и наружную изоляции: хотя межслоевая изоляция и позволяет добиться более ровной укладки провода обмоток, из-за различия наружного и внутреннего диаметров сердечника при ее применении неизбежно увеличивается толщина намотки по внутреннему диаметру.

Для намотки тороидальных трансформаторов необходимо применять обмоточные провода с повышенной механической и электрической прочностью изоляции. При намотке вручную следует пользоваться проводами ПЭЛШО, ПЭШО. В крайнем случае можно применить провод ПЭВ-2. В качестве межобмоточной и внешней изоляции пригодны фторопластовая пленка ПЭТФ толщиной 0,01— 0,02 мм. лакоткань ЛШСС толщиной 0,06—0,12 мм. или батистовая лента.

Пример расчета трансформатора:

Дано: напряжение питающей сети                                 U_c = 220 в,

выходное напряжение                                                      U_н = 24 в,

ток нагрузки                                                                       I_н = 1,8 а.

1.  Расчет мощности тороидального трансформатора. Определяют мощность вторичной обмотки                                                                             P = U_н*I_н =  24*1,8 = 43,2 вт.
2.  определяют габаритную мощность трансформатора                                                                             P_г = p/η = 43,2 / 0,92 = 48 вт. Величину к. п. д. и другие необходимые для расчета данные выбирают по таблице из нужной графы ряда габаритных мощностей.
3. Определяют площадь сечения сердечника тороидальной катушки

                                                                          S_расч.= √(P_г / 1,2) = 5,8 см².

Pг Вт.	W1	W2	Sсм2	Δ А/мм2	η
до 10	41/S	38/S	√Pг	4,5	0,8
10-30	36/S	32/S	√Pг/1,1	4,0	0,9
30-50	33,3/S	29/S	√Pг/1,2	3,5	0,92
50-120	32/S	28/S	√Pг/1,25	3,0	0,95

Примечание. Р_г, — габаритная мощность трансформатора, w₁, — число витков на вольт для стали Э310, Э320, Э330,  w₂— число витков на вольт для стали Э340, Э359, ЭЗ60, S — площадь сечения сердечника см², Δ — допустимая плотность тока в обмотках, η — к. п. д. трансформатора.

4. Подбирают размеры сердечника D_c, d_c и h_c

                                                                                  S = ((D_c —  d_c) / 2) * h_c

Ближайший стандартный тип сердечника — ОЛ 50/80-40, площадь сечения которого равна 6 см² (не менее расчетной).

5. При определении внутреннего диаметра сердечника должно быть выполнено условие: d_c ≥ d`_c,то есть 5 ≥3,8.

6. Предположим, что выбран сердечник из стали Э320, тогда число витков на вольт определяют по формуле;

                                                            w₁ = 33,3 / S = 33,3 / 6 = 5,55 витков / вольт.

7. Находят расчетные числа витков первичной и вторичной обмоток W_1-1 =w₁* U_c = 5,55 * 220 = 1221 виток.  W_1-2= w₂ * U_c = 5,55*24 = 133 витка.

Так как в тороидальных трансформаторах магнитный поток рассеяния весьма мал, то падение напряжения в обмотках определяется практически лишь их активным сопротивлением, вследствие чего относительная величина падения напряжения в обмотках тороидального трансформатора значительно меньше* чем в трансформаторах стержневого и броневого типов. Поэтому для компенсации потерь на сопротивлении вторичной обметки необходимо увеличить количество ее витков лишь на 3%.

                                                                           W_1-2 = 133 * 1,03 = 137 витков.

8. Определяют диаметры проводов обмоток d₁ = 1,13 * √(I1 / Δ) , где I₁ ток первичной обмотки трансформатора, определяемый иэ формулы:

                                                                       I₁  = 1,1 * (Р_г / U_c) = 1,1 * (48 / 220) = 0,24 а

                                                                          d₁ =1,13 * √(0,24 / 3,5)  = 0,299 мм.

Выбирают ближайший диаметр провода в сторону увеличения (0*31 мм)

                                                               d₂ = 1,13 * √(I₂ / Δ) = 1,13 * √(1,8 / 3,5) = 0,8 мм.

Трансформаторы, рассчитанные с помощью приводимой таблицы, после изготовления подвергались испытаниям под постоянной максимальной нагрузкой в течение нескольких часов и показали хорошие результаты.

Видео: Расчет тороидального трансформатора

Видео посвящено вопросу расчета тороидального трансформатора. При расчете используется классическая методика определения количества витков для первичной и вторичной катушек трансформатора.

Поделиться ссылкой:

Как рассчитать и намотать тороидальный трансформатор не заморачиваясь на формулах, + советы и нюансы.

Видео по этой теме:

В этой статье постараюсь рассказать о том, как сделать своими руками силовой трансформатор с нужными характеристиками на основе использования тороидального сердечника. Для новичков и не знающих стоит сказать о достоинствах использования трансформаторов с круглой формой магнитопровода. Дело в том, что по сравнению с сердечниками Ш-образной и П-образной формы тороидальный сердечник (круглая форма) имеет ряд значительных преимуществ. Прежде всего это максимально возможный КПД (коэффициент полезного действия), что ведет к большей экономии электроэнергии. Также при одинаковой габаритной мощности у трансформатора круглой формы будут значительно меньше размеры и масса, в сравнении с другими видами сердечников. Тороидальные сердечники при своей работе меньше шумят, либо трансформаторное жужжание может вовсе отсутствовать при качественно изготовленном как сердечнике, так и самого готового трансформатора. Также и ток холостого хода у данного типа трансформаторов минимальный. Причем, если покупать только один сердечник тора, то он вам может обойтись практически в копейки. В общем использование круглого сердечника для трансформаторов полностью оправдано и по возможности лучше использовать именно их.

Пожалуй единственным существенным недостатком тороидальных трансформаторов является то, что их весьма затруднительно и проблематично наматывать вручную. Но, к счастью это от отчасти так. Дело в том, что чем больше мощность у трансформатора, тем меньше количество витков приходится на 1 вольт. И габаритную мощность до 100 Вт действительно затруднительно наматывать самому. Поскольку и количество витков будет большим и толщина намоточного провода для первичной обмотки будет мала, из-за чего этот самый провод при намотке может легко порваться. Но вот трансформаторы мощностью где-то от 100 Вт и допустим до 500 Вт уже гораздо легче наматывать своими руками. Мощность более 500 Вт уже сложна по причине существенных размеров и массы самого трансформатора.

Чтобы не заморачиваться на сложных формулах и расчетах тороидального трансформатора можно просто воспользоваться любым онлайн калькулятором, как это сделал я. Итак, заходим в свой интернет. Допустим в поисковике гугла вбиваем такой запрос – калькулятор для расчета тороидального трансформатора.

И первые, появившиеся ссылки приведут вас к странице с таким калькулятором. Ну, а далее вам понадобится знать или узнать размеры своего сердечника, который у вас возможно уже имеется под рукой. А именно нужны внешний диаметра круглого магнитопровода, внутренний диаметр и высота. Учтите, что в калькулятор скорей всего нужно вносить эти значения в сантиметрах (хотя возможно вы найдете калькулятор с миллиметрами).

Для расчета вам в калькуляторе нужно узнать следующие важные параметры, а именно – габаритную мощность сердечника, количество витков на 1 вольт, диаметр провода для первичной и вторичной обмотки. Зная количество витков, которые приходятся на 1 вольт вы легко можете посчитать общее количество витков как для первичной обмотки, так и для вторичной. К примеру, для габаритной мощности моего трансформатора в 160 Вт на 1 вольт приходится 4 витка провода. Следовательно, чтобы узнать общее количество витков для первичной обмотки мне нужно 220 вольт умножить на 4, и я получу 880 витков. Ну, и таким же простым образом узнаем количество витков для своей вторичной обмотки.

Зная габаритную мощность своего сердечника вы также легко можете посчитать величину выходного напряжения и тока. Формула электрической мощности простая, это напряжение умноженное на силу тока. Если, к примеру, для моей мощности трансформатора в 160 Вт мне на выходе трансформатора нужно иметь напряжение 16 вольт, то для того чтобы узнать максимальный ток, который может мне обеспечить такой трансформатор с такой мощностью, мне нужно 160 Вт поделить на мое выходное напряжение 16 вольт. И я получу силу максимального тока в 10 ампер. Определившись с величиной выходного тока и напряжения в онлайн калькулятор также вбиваем эти параметры, после чего калькулятор выдаст количество витков для вторичной обмотки и диаметр провода для нее.

Ну, с расчетами разобрались и тут как видно все достаточно просто. А теперь несколько слов о том, как правильно наматывать сам тороидальный трансформатор. Допустим, вы приобрели, или у вас уже имеется голый железный сердечник круглой формы. Сразу наматывать обмотки на этот железный сердечник нельзя. Обязательно сначало нужно намотать на железо изоляционную ленту.

Обычная изолента ПВХ тут не подойдет, поскольку даже при относительно небольшой нагреве трансформатора такая изолента может потерять свои изоляционные качества. Для этих целей лучше использовать следующие виды изоляционных лент для трансформатора – это лавсановая лента, обычная киперная, черная изолента ХБ, термостойкая стеклотканевая лента, майларовая или каптоновая (также термостойкая). Некоторые еще используют ФУМ ленту (которой уплотняют резьбу на трубах), но она нравится не всем, поскольку относительно тонкая и скользкая. Ее стоит наносить на сердечник трансформатора в несколько слоев.

Сначала на сердечник наматывают первичную обмотку. Метод намотки очень прост. Для начала стоит обзавестись очень простым приспособлением, а именно челноком, который очень легко можно сделать своими руками из любого подходящего материала. На этот намоточный челнок изначально наматывают провод в нужном количестве и нужного диаметра. После этого уже путем пропускания челнока сквозь отверстие трансформаторного сердечника мы виток за витком производим намотку обмоток. Причем обмотки рекомендуется наматывать максимально вплотную виток к витку. Это позволит магнитному полю максимально взаимодействовать с витками провода, что существенно повысит КПД тороидального трансформатора. После намотки одного полного слоя мы делаем намотку изоляционной ленты, и уже поверх изоляции снова наматываем имеющейся намоточный провод обмоток. К концам выводом медного обмоточного провода желательно припаять небольшие куски более гибкого многожильного, изолированного провода примерно такого же диаметра или даже больше. Ну, вот в принципе и все, что стоит знать о расчетах и намотке тороидального трансформатора.

P.S. На первый взгляд намотка тороидального трансформатора своими руками может показаться относительно сложным делом. Но, сложного тут ничего нет. Расчеты делаются просто, для намотки трансформаторов мощностью от 100 Вт и до 500 Вт может понадобится всего несколько часов, если не отрываться от своего намоточного дела. Поскольку даже первичная обмотка у таких трансформаторов содержит не так уж и много витков. Да и провод по диаметру вполне толстый, что упрощает эту самую намотку круглых трансформаторов. А когда вы сделаете первые шаги, то дальше дело уже пойдёт быстрее и увереннее.

🛠 OER – программа для расчёта обмоток трансформатора 👈

Если у вас есть трасформаторное железо и вам нужно рассчитать количество витков и диаметр провода, то эта программа справится лучше всяких онлайн сервисов. Просто введите необходимые данные, все расчёты программа произведёт самостоятельно.

Вам не нужно брать в руки калькулятор и рассчитывать число витков трансформатора по сложным формулам, за вас всё сделает программа в один клик!

Скачать программу OER для расчёта обмоток трансформатора

Также иногда приходится переделывать каркас для намотки трансформатора,  вот вам чертёж деталей каркаса сборной катушки из картона, гетинакса или текстолита с защелками.

 

Когда будете наматывать витки на каркас, вставьте внутрь деревянный брусок, это предотвратит его смятие.

Самодельный станок для намотки трансформаторных катушек, с укладчиком и счетчиком витков. Сделай трансформатор сам. Автор filmmakertube.

И наконец видео о том, как вручную наматывают трансформаторы в Китае в промышленных масштабах!

Написать комментарий

КОММЕНТАРИИ

• Эту работу я сделала к празднику пасхи. На работе был конкурс, я долго думала что бы такого придумать и вот пришло в голову купить киндер сюрпризы и связать такие забавные игрушки.

  Татьяна Бойко 22.05.2012

• Говорят, что Россия – технически отсталая страна, нет дорог, роботехника не развивается, ракеты не летают, а почта идет слишком долго. It’s a bullshit.

  Дмитрий ДА 23.11.2020

• Новая теория магнитного двигателя заслуживает внимания, возможно кто-то из вас попробует воплотить идею в жизнь. 

  Павел 12.11.2011

О расчете трансформаторов: толщина обмотки и сечения сердечника, сопротивление

Конструкция трансформатора

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

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

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

Обмотки трансформатора

Эти самые катушки с проводом в трансформаторе называются обмотками. В основном обмотки состоят из медного лакированного провода. Такой провод находится в лаковой изоляции, поэтому, провод в обмотке не коротит друг с другом. Выглядит такой обмоточный трансформаторный провод примерно вот так.

Он может быть разного диаметра. Все зависит от того, на какую нагрузку рассчитан тот или иной трансформатор.

У самого простого однофазного трансформатора можно увидеть две такие обмотки.

Обмотка, на которую подают напряжение называется первичной. В народе ее еще называют “первичка”. Обмотка, с которой уже снимают напряжение называется вторичной или “вторичка”.

Для того, чтобы узнать, где первичная обмотка, а где вторичная, достаточно посмотреть на шильдик трансформатора.

I/P: 220М50Hz (RED-RED) – это говорит нам о том, что два красных провода – это первичная обмотка трансформатора, на которую мы подаем сетевое напряжение 220 Вольт. Почему я думаю, что это первичка? I/P – значит InPut, что в переводе “входной”.

O/P: 12V 0,4A (BLACK, BLACK) – вторичная обмотка трансформатора с выходным напряжением в 12 Вольт (OutPut). Максимальная сила тока, которую может выдать в нагрузку этот трансформатор – это 0,4 Ампера или 400 мА.

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.

Назначение и функциональность

Итак, какие функции выполняет трансформатор?

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

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

Как измерить диаметр провода

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

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

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

Пример.

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

39 / 100 = 0,39 мм

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

Таблица данных обмоточных проводов

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

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.

Программы для расчета

Известно много программ, которые предлагают онлайн расчет параметров любого трансформатора на броневом или стержневом сердечнике. Одной из таких может стать сервис на сайте «skrutka». Для определения характеристик потребуется указать ряд следующих данных:

• входное напряжение — U1;
• выходное напряжение — U2;
• ширину пластины — а;
• толщину стопки — b ;
• частоту сети — Гц;
• габаритная мощность — В*А;
• КПД;
• магнитную индуктивность магнитопровода — Тл;
• плотность тока в обмотках — А/мм кв.

Последние 4 величины являются табличными, поэтому потребуется воспользоваться справочником.

Необходимо грамотно и ответственно отнестись к расчету параметров трансформатора, потому что от качества выполненной работы будет зависеть и качество функционирования вашего блока питания. Не всегда стоит надеяться на программы, в них могут быть ошибки. Выберите один или несколько параметров и пересчитайте их вручную по ранее приведенным формулам. Если получится примерно равное значение, то результат можно считать правильным.

Расчет трансформатора онлайн

Существует формула расчета трансформатора, которая помогает совершить расчет трансформатора питания. Чтобы упростить себе жизнь и избежать ошибок в вычислениях, вы можете воспользоваться данной программой. Она позволит вам конструировать трансформаторы на различные напряжения и мощности очень быстро и без проблем. Это очень удобный калькулятор для радиолюбителей и профессионалов. Он поможет не только рассчитать трансформатор, но и поможет изучить его устройство, как всё работает. Это самый простой и быстрый способ всё рассчитать. Для этого нужно заполнить все известные вам данные и нажать кнопку. Получается вам нужно нажать одну кнопку, чтобы произвести расчет трансформатора!

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 формулы, 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 тороидальным. 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.

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:

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.

Читайте также:  Электросварка электродами для начинающих: как правильно варить

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.

Расчет сетевого трансформатора

• Если у Вас есть некий трансформаторный сердечник, из которого нужно сделать трансформатор, то необходимо замерить сердечник (как показано на рисунке), а так же замерить толщину пластины или ленты.
• Первым делом необходимо рассчитать  площадь сечения сердечника — Sc (см²) и площадь поперечного сечения окна — Sо (см²).
• Для тороидального трансформатора:

• Sc= H * (D – d)/2
• S0=  π * d2/ 4

Для Ш и П — образного сердечника:

Определим габаритную мощность нашего сердечника на частоте 50 Гц:

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

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

Исходными начальными данными для упрощенного расчета являются:

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

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

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

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

Km — коэффициент заполнения окна сердечника медью

Kc — коэффициент заполнения сечения сердечника сталью

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

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

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

1. где Sc — площадь поперечного сечения сердечника, f — рабочая частота (50 Гц), B — магнитная индукция выбирается из таблицы, в зависимости от конструкции магнитопровода и Pвых.
2. Теперь определяем число витков первичной обмотки:
3. w1=U1/u1
4. где U1 напряжение первичной обмотки, u1 — напряжение одного витка.
5. Число витков каждой из вторичных обмоток находим из простой пропорции:

• где w1 — кол-во витков первичной обмотки, U1 напряжение первичной обмотки, U2 напряжение вторичной обмотки.
• Определим мощность потребляемую трансформатором  от сети с учетом потерь:
• Р1 = Рвых /  η
• где η — КПД трансформатора.
• Определяем величину тока в первичной обмотке трансформатора:
• I1 = P1/U1
• Определяем диаметры проводов обмоток трансформатора:
• d = 0,632*√ I
• где d — диаметр провода, мм, I — ток обмотки, А (для первичной и вторичной обмотки).

Расчёт трехфазного трансформатора

Изготовление трехфазного трансформатора и его точный расчёт процесс более сложный, так как здесь первичная и вторичная обмотка состоят уже из трёх катушек. Это разновидность силового трансформатора, магнитопровод которого выполнен чаще всего стержневым способом. Здесь уже появляются такие понятие, как фазные и линейные напряжения. Линейные измеряются между двумя фазами, а фазные между фазой и землёй. Если трансформатор трехфазный рассчитан на 0,4 кВ, то линейное напряжение будет 380В, а фазное 220 В. Обмотки могут быть соединены в звезду или треугольник, что даёт разные величины токов и напряжений.

Обмотки трехфазного трансформатора расположены на стержнях так же, как и в однофазном, т. е. обмотки низшего напряжения НН размещаются ближе к стержню, а обмотки высшего напряжения ВН — на обмотках низшего напряжения.

Высоковольтные трансформаторы трёхфазного тока рассчитываются и изготавливаются исключительно в промышленных условиях. Кстати, любой понижающий трансформатор при обратном включении, выполняет роль повышающего напряжение устройства.

Расчет броневого трансформатора

Распространен вид трансформаторов, используемый практически во всех устройствах от зарядных аппаратов для шуруповертов, заканчивая боками питания магнитофонов. В процессе эксплуатации всех этих устройств часто возникают поломки в питателе, связанные со сгоревшим намоточным изделием. Тогда для его восстановления потребуется перемотка, но это проблемы не решает.

Часто требуется увеличить мощность источника, тогда как рассчитать трансформатор, чтобы его железо не перегревалось? Потребуется выбрать железо больших размеров и использовать более толстый провод. Такой ход поможет сохранить работоспособность устройства и даже улучшить характеристики, сделав его стабильнее и устойчивее при скачках напряжений в сети.

К сожалению, не все производители учитывают этот фактор, а ведь наша сеть неустойчива и регулярно в ней наблюдаются помехи в виде высоковольтных игольчатых импульсов. Также возникают ситуации, когда наблюдается просадка сети до 170 В, что характерно в зимний период. Тогда необходимо предусмотреть запас по напряжению как минимум на 40−45%, увеличив мощность и компенсационного стабилизатора. Часто такие ситуации наблюдаются в частном секторе.

Вернемся к расчету Ш-образного трансформатора на ШП-сердечнике. Принцип будет одинаков и с сердечником типа ПЛ при условии размещения обмотки на средней части. Для чего потребуется выполнить следующие шаги:

• Определить площадь поперечного сечения средней части сердечника. Она выражается буквой S сеч. и находится из произведения ее сторон. Взяв линейку, измеряем параметры сечения, перемножаем и получаем значение в квадратных сантиметрах.
• На следующем этапе решается вопрос, как рассчитать мощность трансформатора. Это расчетная величина, которую можно определить, возведя S сеч. в квадрат. Значение будет измеряться в Вт и обозначаться буквой «P».
• При расчете мощности сердечника необходимо учитывать тип использованных пластин. Например, если были применены для набора Ш-20, то общая толщина сердечника должна быть 30 мм при мощности в 36 Вт. Если для трансформатора были использованы пластины Ш-30, то толщина набора будет достаточно в 20 мм, а при использовании Ш-24 — 25 мм. Существуют справочные таблицы, в которых можно найти мощность трансформатора по сечению магнитопровода для конкретной ситуации. Для обеспечения наилучшей стабильности работы источников питания следует использовать железо с избытком мощности как минимум на 25%. То есть, если ранее была расчетная мощность равна 6 Вт, то для надежности работы и исключения насыщения сердечника следует брать в расчет как минимум 8 Вт. Это обязательное условие. Если использовать магнитопровод с меньшей площадью сечения сердечника, то трансформатор быстро выйдет из строя, потому что железо окажется в насыщении, что приведет к увеличению токов в обмотках.
• На следующем этапе необходимо определиться с количеством обмоток. Для современных транзисторных устройств достаточно будет всего одной или сдвоенной со средней точкой. Поэтому рассмотрим пример расчета именно такого трансформатора. Для этого потребуется воспользоваться понятием «вольт на виток». Значение определяется следующим образом: W /В=(50÷70) / S сеч. Формула справедлива только для сердечников типа ШП и П. Л. При расчете первичной и вторичной обмоток потребуется взять произведение полученного отношения и входного напряжения: W1 = W / B∙U1, W2 = 1,2 ∙ W /B∙U2.
• Выполняется расчет и выбор диаметра провода. Он выбирается исходя из хорошего теплоотвода и изоляции, для чего рекомендуется применять ПЭЛ или ПЭВ, покрытые лаком. Определить его размер можно по формуле: d =0,7∙√ I. Величина выражается в мм. Провод выбирается с небольшим запасом до 4−6%.

Все программы расчета трансформаторов позволяют находить параметры изделий в любом порядке. Они используют стандартные алгоритмы, по которым выводятся значения. При необходимости можно создать собственный калькулятор с помощью таблиц Excel. Подобным образом работает и калькулятор расчета трансформатора на стержневом сердечнике.

Источники

• https://onlineelektrik.ru/eoborudovanie/transformatori/uproshhennyj-vid-rascheta-transformatora.html
• https://www.RusElectronic.com/ustrojstvo-transformatora/
• https://master-pmg.ru/oborudovanie/raschet-transformatora-onlajn.html
• https://PlazmoSvarka.ru/sovety/raschet-toroidalnogo-transformatora-onlajn-kalkulyator.html
• http://energo-novgorod.ru/calcs/calc-trans/
• https://regionvtormet.ru/instrumenty/raschet-moshhnosti-transformatora-na-sterzhnevom-magnitoprovode-vruchnuyu-i-pri-pomoshhi-onlajn-kalkulyatora.html

Расчет мощности тороидального трансформатора онлайн — Мастер Фломастер

Программный (он-лайн) расчет трансформатора, позволит налету экспериментировать с параметрами и сократить время на разработку. Также можно рассчитать и по формулам, они приведены ниже.

Описание вводимых и расчётных полей программы:

1. — поле светло-голубого цвета – исходные данные для расчёта,
2. — поле жёлтого цвета – данные выбранные автоматически из таблиц, в случае клика , поле меняет цвет на светло-голубой и позволяет вводить собственные значения,
3. — поле зелёного цвета – рассчитанное значение.

Геометрические параметры сердечника
D =	см
d =	см
h =	см

Напряжение первичной обмотки
U =	В

задать параметры вторичных обмоток

Ввод табличных значений

КПД =cos ф =B max =J =K ок =K ст =дельта U =

Расчётные параметры трансформатора

S_ст =см 2S_ок =см 2P

=

ВтP_тор =ВтI_перв =Аd_перв =ммW _{на 1В} =витW_перв =витN_перв =слой

Параметры вторичных обмоток
U1 = В	I1 = А
U2 = В	I2 = А
U3 = В	I3 = А
U4 = В	I4 = А

Расчетные параметры вторичных обмоток

W ₁ = витd₁ = ммW ₂ = витd₂ = ммW ₃ = витd₃ = ммW ₄ = витd₄ = мм

Sст ф — площадь поперечного сечения магнитопровода. Рассчитывается по формуле:
Sст = h * (D – d)/2.

Sок ф – фактическая площадь окна в имеющемся магнитопроводе. Рассчитывается по формуле:
Sок = π * d 2 / 4.

Зная эти значения, можно рассчитать ориентировочную мощность трансформатора:
Pc max = Bmax *J * Кок * Кст * Sст * Sок / 0.901

В настоящее время наиболее распространены магнитопроводы следующих типов:

Кое-где еще можно встретить Ш-образные плаcтинчатые сердечники, расчет таких трансформаторов аналогичен расчету Ш-образного ленточного.

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 технологичными (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 всех мощностей 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 расчитываем количество витков в первичной обмотке.

упрощенная формула будет иметь вид:

Р=40 * U / Sc Где:
Sc — площадь поперечного сечения сердечника, соответственно [кв. см]; U — напряжение первичной обмотки [В];

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):

Сайт для радиолюбителей

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

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

Для тороидального трансформатора:

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

Для Ш и П — образного сердечника:

Определим габаритную мощность нашего сердечника на частоте 50 Гц:

• η — КПД трансформатора,
• Sc — площадь поперечного сечения сердечника, см 2 ,
• So — площадь поперечного сечения окна, см 2 ,
• f — рабочая частота трансформатора, Гц,
• B — магнитная индукция, T,
• j — плотность тока в проводе обмоток, A/мм 2 ,
• Km — коэффициент заполнения окна сердечника медью,
• Kc — коэффициент заполнения сечения сердечника сталью.

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

Исходными начальными данными для упрощенного расчета являются:

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

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

Величина	Суммарная мощность вторичных обмоток Рвых, [Вт]
	2-15	15-50	50-150	150-300	300-1000
КПД	0,76-0,88		0,88-0,92	0,92-0,95	0,95-0,96

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

Конструкция магнитопровода	Магнитная индукция Вмах, [Тл] при Рвых, [Вт]
	5 — 15	15 — 50	50 — 150	150 — 300	300 — 1000
Броневая (пластинчатая)	1,1-1,3	1,3	1,3-1,35	1,35	1,35 — 1,2
Броневая (ленточная)	1,55	1,65	1,65	1,65	1,65
Кольцевая	1,7	1,7	1,7	1,65	1,6

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

Конструкция магнитопровода	Плотность тока J, [а/мм кв.] при Рвых, [Вт]
	5- 15	15 — 50	50 — 150	150 — 300	300 — 1000
Броневая (пластинчатая)	3,9 — 3,0	3,0 — 2,4	2,4 — 2,0	2,0 — 1,7	1,7 — 1,4
Броневая (ленточная)	3,8 — 3,5	3,5 — 2,7	2,7 — 2,4	2,4 — 2,3	2,3 — 1,8
Кольцевая	5 — 4,5		4,5 — 3,5	3,5	3,0

Km — коэффициент заполнения окна сердечника медью

Kc — коэффициент заполнения сечения сердечника сталью

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

Коэффициент заполнения окна Кm при Рвых, [Вт]
15 — 50	150 — 300	Броневая (пластинчатая)	100-1000	0,19-0,25	0,25-0,26	0,26-0,27	0,27-0,30	0,30-0,33
до 100	0,15-0,27	0,27-0,29	0,29-0,32	0,32-0,34	0,34-0,38
Кольцевая	0,18 — 0,20		0,20-0,26	0,26-0,27	0,27-0,28

Конструкция магнитопровода	Коэффициент заполнения Кс п ри толщине стали, мм
	0,08	0,1	0,15	0,2	0,35
Броневая (пластинчатая)	—	0,7(0,75)	—	0,85 (0,89)	0,9 (0,95)
Броневая (ленточная)	0,87	—	0,90	0,91	0,93
Кольцевая	0,85		0,88

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

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

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

Теперь определяем число витков первичной обмотки:

w1=U1/u1

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

Число витков каждой из вторичных обмоток находим из простой пропорции:

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

Определим мощность потребляемую трансформатором от сети с учетом потерь:

Р1 = Рвых / η

где η — КПД трансформатора.

Определяем величину тока в первичной обмотке трансформатора:

I1 = P1/U1

Определяем диаметры проводов обмоток трансформатора:

d = 0,632*√ I

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

Онлайн калькулятор расчета трансформатора мощностью от 5 до 1000Вт

После определения диаметра провода, следует учитывать, что диаметр провода рассчитывается без изоляции, воспользуйтесь таблицей данных обмоточных проводов для определения диаметра провода с изоляцией.

Таблица данных обмоточных проводов.

Рассчитать ток вторичной обмотки трехфазного трансформатора



Расчет трансформатора: онлайн калькулятор или дедовский метод для дома — выбери сам

Ремонт современных электрических приборов и изготовление самодельных конструкций часто связаны с блоками питания, пускозарядными и другими устройствами, использующими трансформаторное преобразование энергии. Их состояние надо уметь анализировать и оценивать.

Считаю, что вам поможет выполнить расчет трансформатора онлайн калькулятор, работающий по подготовленному алгоритму, или старый проверенный дедовский метод с формулами, требующий вдумчивого отношения. Испытайте оба способа, используйте лучший.

• Как пользоваться онлайн калькулятором для расчета трансформатора пошагово
  • Подготовка исходных данных за 6 простых шагов
  • Выполнение онлайн расчета трансформатора
• Как рассчитать силовой трансформатор по формулам за 5 этапов
  • Как мощность сухого трансформатора влияет на форму и поперечное сечение магнитопровода
  • Особенности вычисления коэффициента трансформации и токов внутри обмоток
  • Как вычислить диаметры медного провода для каждой обмотки
  • Определение числа витков обмоток по характеристикам электротехнической стали: важные моменты
  • Учет свободного места внутри окна магнитопровода
• 4 практических совета по наладке и сборке трансформатора: личный опыт

Сразу заостряю ваше внимание на том вопросе, что приводимые методики не способны точно учесть магнитные свойства сердечника, который может быть выполнен из разных сортов электротехнических стали.

Поэтому реальные электрические характеристики собранного трансформатора могут отличаться на сколько-то вольт или число ампер от полученного расчетного значения. На практике это обычно не критично, но, всегда может быть откорректировано изменением числа количества в одной из обмоток.

Поперечное сечение магнитопровода передает первичную энергию магнитным потоком во вторичную обмотку. Обладая определенным магнитным сопротивлением, оно ограничивает процесс трансформации.

От формы, материала и сечения сердечника зависит мощность, которую можно преобразовывать и нормально передавать во вторичную цепь.

Как пользоваться онлайн калькулятором для расчета трансформатора пошагово

Подготовка исходных данных за 6 простых шагов

Шаг №1. Указание формы сердечника и его поперечного сечения

Лучшим распределением магнитного потока обладают сердечники, набранные из Ш-образных пластин. Кольцевая форма из П-образных составляющих деталей обладает большим сопротивлением.

Для проведения расчета надо указать форму сердечника по виду пластины (кликом по точке) и его измеренные линейные размеры:

1. Ширину пластины под катушкой с обмоткой.
2. Толщину набранного пакета.

Вставьте эти данные в соответствующие ячейки таблицы.

Шаг №2. Выбор напряжений

Трансформатор создается как повышающей, понижающей (что в принципе обратимо) или разделительной конструкцией. В любом случае вам необходимо указать, какие напряжения вам нужны на его первичной и вторичной обмотке в вольтах.

Заполните указанные ячейки.

Шаг №3. Частота сигнала переменного тока

По умолчанию выставлена стандартная величина бытовой сети 50 герц. При необходимости ее нужно изменить на требуемую по другому расчету. Но, для высокочастотных трансформаторов, используемых в импульсных блоках питания, эта методика не предназначена.

Их создают из других материалов сердечника и рассчитывают иными способами.

Шаг №4. Коэффициент полезного действия

У обычных моделей сухих трансформаторов КПД зависит от приложенной электрической мощности и вычисляется усредненным значением.

Но, вы можете откорректировать его значение вручную.

Шаг №5. Магнитная индуктивность

Параметр определяет зависимость магнитного потока от геометрических размеров и формы проводника, по которому протекает ток.

По умолчанию для расчета трансформаторов принят усредненный параметр в 1,3 тесла. Его можно корректировать.

Шаг №6. Плотность тока

Термин используется для выбора провода обмотки по условиям эксплуатации. Среднее значение для меди принято 3,5 ампера на квадратный миллиметр поперечного сечения.

Для работы трансформатора в условиях повышенного нагрева его следует уменьшить. При принудительном охлаждении или пониженных нагрузках допустимо увеличить. Однако 3,5 А/мм кв вполне подходит для бытовых устройств.

Выполнение онлайн расчета трансформатора

После заполнения ячеек с исходными данными нажимаете на кнопку «Рассчитать». Программа автоматически обрабатывает введенные данные и показывает результаты расчета таблицей.

Как рассчитать силовой трансформатор по формулам за 5 этапов

Привожу упрощенную методику, которой пользуюсь уже несколько десятков лет для создания и проверки самодельных трансформаторных устройств из железа неизвестной марки по мощности нагрузки.

По ней мне практически всегда получалось намотать схему с первой попытки. Очень редко приходилось добавлять или уменьшать некоторое количество витков.

Этап №1. Как мощность сухого трансформатора влияет на форму и поперечное сечение магнитопровода

В основу расчета положено среднее соотношение коэффициента полезного действия ŋ, как отношение электрической мощности S2, преобразованной во вторичной обмотке к приложенной полной S1 в первичной.

Потери мощности во вторичной обмотке оценивают по статистической таблице.

Мощность трансформатора, ватты	Коэффициент полезного действия ŋ
15÷50	0,50÷0,80
50÷150	0,80÷0,90
150÷300	0,90÷0,93
300÷1000	0,93÷0,95
>1000	0.95÷0,98

Электрическая мощность устройства определяется произведением номинального тока, протекающего по первичной обмотке в амперах, на напряжение бытовой проводки в вольтах.

Она преобразуется в магнитную энергию, протекающую по сердечнику, полноценно распределяясь в нем в зависимости от формы распределения потоков:

1. для кольцевой фигуры из П-образных пластин площадь поперечного сечения под катушкой магнитопровода рассчитывается как Qc=√S1;
2. у сердечника из Ш-образных пластин Qc=0,7√S1.

Этап №2. Особенности вычисления коэффициента трансформации и токов внутри обмоток

Силовой трансформатор создается для преобразования электрической энергии одной величины напряжения в другое, например, U1=220 вольт на входе и U2=24 V — на выходе.

Коэффициент трансформации в приведенном примере записывается как выражение 220/24 или дробь с первичной величиной напряжения в числителе, а вторичной — знаменателе. Он же позволяет определить соотношение числа витков между обмотками.

На первом этапе мы уже определили электрические мощности каждой обмотки. По ним и величине напряжения необходимо рассчитать силу электрического тока I=S/U внутри любой катушки.

Этап №3. Как вычислить диаметры медного провода для каждой обмотки

При определении поперечного сечения проводника катушки используется эмпирическое выражение, учитывающее, что плотность тока лежит в пределах 1,8÷3 ампера на квадратный миллиметр.

Величину тока в амперах для каждой обмотки мы определили на предыдущем шаге.

Теперь просто извлекаем из нее квадратный корень и умножаем на коэффициент 0,8. Полученное число записываем в миллиметрах. Это расчетный диаметр провода для катушки.

Он подобран с учетом выделения допустимого тепла из-за протекающего по нему тока. Если место в окне сердечника позволяет, то диаметр можно немного увеличить. Тогда эти обмотки будут лучше приспособлены к тепловым нагрузкам.

Когда даже при плотной намотке все витки провода не вмещаются в окне магнитопровода, то его поперечное сечение допустимо чуть уменьшить. Но, такой трансформатор следует использовать для кратковременной работы и последующего охлаждения.

Этап №4. Определение числа витков обмоток по характеристикам электротехнической стали: важные моменты

Вычисление основано на использовании магнитных свойств железа сердечника. Промышленные трансформаторы собираются из разных сортов электротехнической стали, подбираемые под конкретные условия работы. Они рассчитываются по сложным, индивидуальным алгоритмам.

Домашнему мастеру достаются магнитопроводы неизвестной марки, определить электротехнические характеристики которой ему практически не реально. Поэтому формулы учитывают усредненные параметры, которые не сложно откорректировать при наладке.

Для расчета вводится эмпирический коэффициент ω’. Он учитывает величину напряжения в вольтах, которое наводится в одном витке катушки и связан с поперечным сечением магнитопровода Qc (см кв).

В первичной обмотке число витков вычислим, как W1= ω’∙U1, а во вторичной — W2= ω’∙U2.

Этап №5. Учет свободного места внутри окна магнитопровода

На этом шаге требуется прикинуть: войдут ли все обмотки в свободное пространство окна сердечника с учетом габаритов катушки.

Для этого допускаем, что провод имеет сечение не круглое, а квадрата со стороной одного диаметра. Тогда при совершенно идеальной плотной укладке он займет площадь, равную произведению единичного сечения на количество витков.

Увеличиваем эту площадь процентов на 30, ибо так идеально намотать витки не получится. Это будет место внутри полостей катушки, а она еще займет определенное пространство.

Далее сравниваем полученные площади для катушек каждой обмотки с окном магнитопровода и делаем выводы.

Второй способ оценки — мотать витки «на удачу». Им можно пользоваться, если новая конструкция перематывается проводом со старых рабочих катушек на том же сердечнике.

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 владельца Юность Ru. Он очень подробно и понятно объясняет технологию сборки и расчета. Под видео расположено много полезных комментариев, 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.

Источник

Расчет основных электрических величин и главной изоляции обмоток трансформатора

Расчет трансформатора начинается с определения основных электрических величин: мощности на одну фазу и стержень; номинальных токов на стороне ВН и НН; фазных токов и напряжений.

¨ Мощность одной фазы трансформатора, кВ*А,

Sф = ,
где S – мощность трансформатора; m – число фаз.

¨ Мощность на одном стержне, кВ*А,

S` = ,
где C– число активных (несущих обмотки) стержней.
Обычно для 3-фазных трансформаторов число фаз равно числу стержней.

¨ Номинальный (линейный) ток, А,

на стороне НН I1 = ;
на стороне ВН I2 = ,
где S – мощность трансформатора, кВ*А; U1и U2 – соответствующие значения напряжений обмоток, кВ.
Для однофазного трансформатора номинальный ток, А, определяется по формуле
I = .
При определении токов мощность подставляется в киловатт-амперах (кВ*А), а напряжение в киловольтах (кВ).

¨ Фазные токи, А, трехфазных трансформаторов

при соединении в звезду или зигзаг:
Iф = Iл;
при соединении обмотки в треугольник
Iф = ,
где IЛ – номинальный линейный ток трансформатора.
Схема соединения и группа обмоток обычно задается.

¨ Фазные напряжения, В, трансформатора

при соединении обмотки в звезду или зигзаг:
Uф = ,
при соединении обмотки в треугольник:
Uф = Uл,
где Uл – номинальное линейное напряжение соответствующих обмоток.

¨ Испытательное напряжение трансформатора

Необходимо для определения основных изоляционных промежутков, между обмотками и другими токоведущими деталями.
Это напряжение, при котором проводится испытание трансформатора, а именно электрическая прочность изоляции.
Испытательное напряжение для каждой обмотки трансформатора определяется по табл. 1 или 2 в зависимости от класса напряжения соответствующей обмотки.

Испытательные напряжения промышленной частоты (50 Гц) для масляных силовых трансформаторов (ГОСТ 1516.1-76)

Источник

Способы расчёта различных конфигураций трансформаторов

Как бы ни развивалась электроника, но всё же отказаться от такого устройства, как трансформатор пока не удаётся. Каждый надёжный блок питания и преобразователь напряжения содержит этот электромагнитный аппарат с гальванической развязкой обмоток. Они применяются широко и на производстве, и в быту, и представляют собой статическое электромагнитное устройство, работающее по принципу взаимоиндукции. Состоят такие устройства из двух основных элементов:

1. замкнутого магнитопровода;
2. двух и более обмоток.

Обмотки трансформаторов не имеют между собой никакой связи, кроме индуктивной. Предназначен он для преобразования только переменного напряжения, частота которого, после передачи по магнитопроводу, будет неизменна.

Расчет параметров трансформатора необходим для того, чтобы на вход этого устройства было подано одно напряжение, а на выходе генерировалось пониженное или повышенное напряжение другой заданной величины. При этом нужно учесть токи, протекающие во всех обмотках, а также мощность устройства, которая зависит от подключаемой нагрузки и от назначения.

Любой даже простейший расчет трансформатора состоит из электрической и конструктивной составляющей. Электрическая часть включает в себя:

• Определение напряжений и токов, протекающих по обмоткам;
• Определение коэффициента трансформации.

К конструктивным относятся:

• Размеры сердечника и тип устройства;
• Выбор материала сердечника трансформатора;
• Возможные варианты закрывающего корпуса и вентиляции.

Через один квадратный сантиметр сечения магнитопровода протекает магнитная индукция, единица измерения её — Тесла. Тесла, в свою очередь, выдающийся физик, в честь которого и она и названа. Это значение напрямую зависит от частоты тока. И так при частоте 50 Гц и, допустим, 400 Гц величины индукция (тесла) будет разной, а значит и габариты устройства с увеличением частоты снижаются.

После этого определяют падение напряжения и потери в магнитопроводе, на этапе электрического расчёта все эти величины определяются лишь примерно. Расчет нагрузки в трансформаторе является ключевым в его исполнении. В сварочном, например, нагрузочную особенность выражают из режима короткого замыкания. Большое значение тока короткого замыкания, связано с малым значением сопротивления трансформатора в данных условиях работы.

Важнейшим элементом всех формул данного расчёта является коэффициент трансформации, который определяется как соотношение числа намотанных витков в первичной обмотке, к количеству витков во вторичной обмотке. Если обмоток не две, а больше, значит и соответственно таких коэффициентов тоже будет несколько. Если известны напряжения обмоток, то можно его рассчитать как отношение напряжений первичной обмотки, ко вторичной.

Расчет силового трансформатора

Расчет силового трансформатора напрямую зависит от количества фаз в питающей сети, то есть однофазной или же трехфазной. Прежде всего в силовом трансформаторе основную роль играет его мощность. Упрощенный расчет трансформаторов малой мощности и большой можно выполнить и в домашних условиях. Расчёт потерь неизбежен, как и для любых электромагнитных устройств, здесь же он состоит из двух основных магнитных составляющих:

1. вихревые токи;
2. намагничивание.

Расчет однофазного трансформатора

Рассчитывая понижающие трансформаторы однофазного тока, как самые распространенные в быту, для начала нужно выяснить его мощность. Конечно, понизить напряжение можно и другими способами, но этот самый эффективный и даёт ещё вдобавок гальваническую развязку, а значит возможность подключения силовой нагрузки.

Например, если напряжение первичной обмотки 220 Вольт, что свойственно для стандартных сетей однофазного тока, то вторичное напряжение нужно определить по нагрузке, которая будет подключаться к нему. Это может быть как низшее, так и высшее напряжение. Например, для зарядки автомобильных аккумуляторов необходимо напряжение 12-14 Вольт. То есть вторичное напряжение и ток тоже должно быть заранее известно.

Примерная мощность будет равна произведению тока на напряжение. Стоит учесть также и КПД. Для силовых аппаратов он составляет примерно 0,8–0,85. Тогда с учётом этого коэффициента полезного действия расчётная мощность будет составлять:

Именно эта мощность и ложится в основу расчёта поперечного сечения сердечника, на котором будут произведены намотки обмоток. Кстати, видов этих сердечников магнитопровода может быть несколько, как показано на рисунке снизу.

Далее, по этой формуле определяем сечение

Коэффициент 1–1,3 зависит от качества электротехнической стали. К электротехнической стали относится чистое железо в виде листов или ленты толщиной 0,1–8 мм либо в виде сортового проката (круг или квадрат) различных размеров.

После чего определяется количество витков, на один вольт напряжения.

Берем среднюю величину коэффициента 60.

Теперь зная количество витков на один вольт есть возможность подсчитать количество витков в каждой обмотке. Осталось всего лишь найти сечение провода, которым выполнится намотка обмоток. Медь, для этого лучший материал, так как обладает высокой токопроводимостью и быстро остывает в случае нагрева. Тип провода ПЭЛ или ПЭВ. Кстати, нагрев даже самого идеального электромагнитного устройства неизбежен, поэтому при изготовлении сетевого трансформатора актуален и вопрос вентиляции. Для этого хотя бы предусмотреть на корпусе естественную вентилируемую конструкцию путём вырезания отверстий.

Ток в обмотке равен

Диаметр сечения проводника для обмотки определяется по формуле:

где 0,7-0,9 это коэффициент плотности тока в проводнике. Чем больше его значение, тем меньше будет греться провод при работе.

Существует множество методов расчёта характеристик и параметров, этот же самый простой, но и примерный (неточный). Более точный расчет обмоток трансформатора применяется для производственных и промышленных нужд.

Расчёт трехфазного трансформатора

Изготовление трехфазного трансформатора и его точный расчёт процесс более сложный, так как здесь первичная и вторичная обмотка состоят уже из трёх катушек. Это разновидность силового трансформатора, магнитопровод которого выполнен чаще всего стержневым способом. Здесь уже появляются такие понятие, как фазные и линейные напряжения. Линейные измеряются между двумя фазами, а фазные между фазой и землёй. Если трансформатор трехфазный рассчитан на 0,4 кВ, то линейное напряжение будет 380В, а фазное 220 В. Обмотки могут быть соединены в звезду или треугольник, что даёт разные величины токов и напряжений.

Обмотки трехфазного трансформатора расположены на стержнях так же, как и в однофазном, т. е. обмотки низшего напряжения НН размещаются ближе к стержню, а обмотки высшего напряжения ВН — на обмотках низшего напряжения.

Высоковольтные трансформаторы трёхфазного тока рассчитываются и изготавливаются исключительно в промышленных условиях. Кстати, любой понижающий трансформатор при обратном включении, выполняет роль повышающего напряжение устройства.

Расчет тороидального трансформатора

Такая конструкция трансформаторов используется в радиоэлектронной аппаратуре, они обладают меньшими габаритами, весом, а также повышенным значением КПД. За счёт применения ферритового стержня помехи практически отсутствует, это даёт возможность не экранировать данные устройства.

Простой расчет тороидального трансформатора состоит из 5 пунктов:

• Определение мощность вторичной обмотки P=Uн*Iн;
• Определение габаритной мощности трансформатора Рг=Р/КПД. Величина его КПД примерно 90-95%;
• Площадь сечения сердечника и его размеры

• Определение количества витков на вольт и соответственно количества витков для необходимой величины напряжения.

• Расчёт тока в каждой обмотке и выбор диаметра проводника делается аналогично, как и в силовых однофазных трансформаторах, описанных выше.

Расчет трансформатора для сварочного полуавтомата

Сварочный полуавтомат предназначен для сварки с механической подачей специальной сварочной проволоки вместо электрода. Источник питания такого устройства также имеет в своей основе мощный трансформатор. Расчёт основан на принципе его работы, на выходе которого должно быть 60 Вольт при холостом ходу. Работает он в короткозамкнутом режиме поэтому и нагрев его обмоток явление нормальное. Расчёт в принципе тоже аналогичен, только в этом случае ещё стоит учесть мощность при продолжительной сварке

Pдл = U2I2 (ПР/100)0.5 *0.001.

Напряжение и силу одного витка измеряют в вольтах и оно будет равно E=Pдл0.095+0.55. Зная эти величины можно приступить и к полному расчёту.

Расчет импульсного трансформатора двухтактного преобразователя

Преимуществом двухтактных преобразователей является их простота и возможность наращивания мощности. В правильно сконструированном двухтактном преобразователе через обмотку проходит неизменный ток, поэтому сильное подмагничивание сердечника отсутствует. Это позволяет использовать полный цикл перемагничивания и получить максимальную мощность. Так как он выполняется на ферритовом сердечнике то и расчет выходного напряжения трансформатора аналогичен обычному тороидальному.

Упростить варианты расчета трансформатора можно применяя специальные калькуляторы расчета, которые предлагают некоторые интернет-ресурсы. Стоит только внести желаемые данные, и автомат выдаст нужные параметры планируемого электромагнитного устройства.

Видео с расчетом трансформатора

Источник

Силовой трансформатор: формулы для определения мощности, тока, uk%

Силовой трансформатор представляет собой сложную систему, которая состоит из большого числа других сложных систем. И для описания трансформатора придумали определенные параметры, которые разнятся от машины к машине и служат для классификации и упорядочивания.

Разберем основные параметры, которые могут пригодиться при расчетах, связанных с силовыми трансформаторами. Данные параметры должны быть указаны в технических условиях или стандартах на тип или группу трансформаторов (требование ГОСТ 11677-85). Сами определения этих параметров приведены в ГОСТ 16110.

Номинальная мощность трансформатора — указанное на паспортной табличке трансформатора значение полной мощности на основном ответвлении, которое гарантируется производителем при установке в номинальном месте, охлаждающей среды и при работе при номинальной частоте и напряжении обмотки.

Числовое значение мощности в кВА изначально выбирается из ряда по ГОСТ 9680-77. На изображении ниже приведен этот ряд.

Значения в скобках принимаются для экспортных или специальных трансформаторов.

Если по своим характеристикам оборудование может работать при разных значениях мощностей (например, при различных системах охлаждения), то за номинальное значение мощности принимается наибольшее из них.

К силовым трансформаторам относятся:

• трехфазные и многофазные мощностью более 6,3 кВА
• однофазные — более 5 кВА

Номинальное напряжение обмотки — напряжение между зажимами трансформатора, указанное на паспортной табличке, на холостом ходу.

Номинальный ток обмотки — ток, определяемый мощностью, напряжением обмотки и множителем, учитывающим число фаз. То есть если трансформатор двухобмоточный, то мы будем иметь ток с низкой стороны и ток с высокой стороны. Или же ток, приведенный к низкой или высокой стороне.

Напряжение короткого замыкания — дадим два определения.

Приведенное к расчетной температуре линейное напряжение, которое нужно подвести при номинальной частоте к линейным зажимам одной из обмоток пары, чтобы в этой обмотке установился ток, соответствующий меньшей из номинальных мощностей обмоток пары при замкнутой накоротко второй обмотке пары и остальных основных обмотках, не замкнутых на внешние цепи

Взято из ГОСТ 16110

Напряжение короткого замыкания uk — это напряжение, при подведении которого к одной из обмоток трансформатора при замкнутой накоротко другой обмотке в ней проходит ток, равный номинальному

Источник — Электрооборудование станций и подстанций

Определились с основными терминами, далее разберем как определить мощность, ток и сопротивление трансформатора на примере:

ТМ-750/10 с номинальными напряжениями 6 кВ и 0,4 кВ. Ток с высокой стороны будет 72,2 А, напряжение короткого замыкания — 5,4%. Определим ток из формулы определения полной мощности:

Так что, если недобрали данных для расчетов, всегда можно досчитать. Но это рассмотрен случай двухобмоточного Т.

Чтобы определить сопротивление двухобмоточного трансформатора в именованных единицах (Ом), например, для расчета тока короткого замыкания, воспользуемся следующими выражениями:

• x — искомое сопротивление в именованных единицах, Ом
• xT% — относительное сопротивление, определяемое через uk% (в случае двухобмоточных эти числа равны), отн.ед.
• Uб — базисное напряжение, относительно которого мы ведем наш расчет (более подробно будет рассмотрено в статье про расчет токов КЗ), кВ
• Sном — номинальная мощность, МВА

В формуле выше важно следить за единицами измерения, не спутать вольты и киловольты, мегавольтамперы с киловольтамперами. Будьте начеку.

Формулы для расчета относительных сопротивлений обмоток (xT%)

В двухобмоточном трансформаторе все просто и uk=xt.

Трехобмоточный и автотрансформаторы

В данном случае схема эквивалентируется в три сопротивления (по секрету, одно из них частенько бывает равно нулю, что упрощает дальнейшее сворачивание).

Трехфазный у которого НН расщепленная

Частенько в схемах ТЭЦ встречаются данные трансформаторы с двумя ногами.

В данном случае всё зависит от исходных данных. Если Uk дано только для в-н, то считаем по верхней формуле, если для в-н и н1-н2, то нижней. Схема замещения представляет собой звезду.

Группа двухобмоточных однофазных трансформаторов с обмоткой низшего напряжения, разделенной на две или на три ветви

Хоть внешне и похоже на описанные выше, и схемы замещения подобны, однако, формулы будут немного разные.

Сохраните в закладки или поделитесь с друзьями

Источник

Калькулятор намотки тороида • 66pacific.com

Используйте этот онлайн-инструмент для расчета количества витков обмотки, необходимого для достижения желаемая индуктивность с тороидальными сердечниками из феррита и порошка железа.

Для использования калькулятора:
Сначала выберите тип материала сердечника.
Выберите Iron Powder для сердечников с префиксом T (например, T-50-2).
Выберите Ferrite для сердечников с префиксом FT (например, FT-43-63).

Тип материала:
Железный порошок Феррит

Индуктивность
Введите индуктивность.

Размер сердечника Номер материала Рассчитать Для получения дополнительной информации об использовании этого калькулятора см. Использование калькулятора намотки тороида. Краткое описание терминов сердечника тороида, используемых на этой странице (например, A L и u), см. В Терминологии катушки тороида. Две отличные ссылки на тороидальные катушки индуктивности и трансформаторы : Справочник ARRL по радиосвязи, 2017 г. Трансформаторы линии передачи, 4-е издание, Джерри Севик Дом | Карта сайта | Контакты Авторские права © 1999-2021 66pacific.com. Все права защищены.

Трансформаторы тороидальные: обмотка, конструкция, расчет

Если вы заинтересованы в производстве сварочного аппарата или стабилизатора напряжения, вам обязательно нужно знать, что такое тороидальные трансформаторы. Но самое главное – это то, как они работают и какие тонкости у них есть при производстве. Кроме того, благодаря своей конструкции такие трансформаторы способны выдавать большую мощность по сравнению с трансформаторами, намотанными на W-образный сердечник.Поэтому эти устройства идеально подходят для питания очень мощного оборудования, такого как усилители низкой частоты.

Итак, нужно изучить материал, прежде чем приступать к изготовлению трансформатора. Для начала нужно определиться с типом используемого провода. Во-вторых, нужно рассчитать количество витков (значит, вы будете знать, сколько метров провода вам нужно). В-третьих, обязательно нужно выбрать сечение провода. Выходной ток зависит от этого параметра, следовательно, от мощности тороидального трансформатора.

Также необходимо учитывать, что нагрев будет происходить при небольшом количестве витков первичной обмотки. Аналогичная ситуация возникает, если мощность потребителей, подключенных к вторичной обмотке, превышает то значение, которое может дать трансформатор. Результатом перегрева является снижение надежности. Кроме того, перегрев может даже привести к возгоранию трансформатора.

Что потребуется для изготовления тороидального трансформатора?

Итак, вы начали делать трансформатор.Необходимо приобрести инструменты и материалы. Конечно, может потребоваться даже швейная игла или подходящая игла, но наверняка такие аксессуары есть у каждого.

Машина для намотки тороидальных трансформаторов

Сталь, из которой изготавливаются тороидальные трансформаторы, – это самое главное. Вам понадобится много трансформаторной стали, она должна быть в виде тора. Кроме того, провод, конечно же, в лаковой изоляции. Обязательно наличие малярной ленты ПВА и клея. Кроме того, для разделения обмоток нужна изолента на тканевой основе.И пару отрезков проволоки для соединения концов обмоток. Кроме того, провод необходимо использовать для силиконовой или резиновой изоляции.

Использование стали CRGO для тороидального трансформатора

Такой аксессуар достать сложно. Тем не менее, бесполезные стабилизаторы напряжения вы найдете в каждом доме или сарае, в том числе в металлических приемных пунктах. Сработает этот стабилизатор или сгорит – вам безразлично! Используемые в нем тороидальные трансформаторы – это главное. Они являются основой вашего дизайна.Однако перед этим старую обмотку из алюминиевой проволоки пришлось выбросить. Затем идет подготовка активной зоны из стали CRGO. Обратите внимание, что углы правильные. В этом нет необходимости, так как изоляция лака может быть повреждена.

А теперь немного о том, как производится расчет тороидального трансформатора. Конечно, можно пользоваться простыми программами, которых очень много. Для расчета можно использовать линейку и калькулятор. Конечно, он будет иметь ошибку, так как он не принимает во внимание многие другие факторы, которые обычно существуют в природе.При расчете следует придерживаться одного правила – мощность вторичной катушки в первичной обмотке не должна быть больше этого же значения.

Обмотка тороидального трансформатора

Это очень трудоемко для фазы, подобной обмотке тороидального трансформатора. Хорошо, если магнитопровод можно будет разобрать, а после намотки собрать вместе. Но если это невозможно, вы можете использовать какой-нибудь шпиндель. Вы наматываете там определенное количество проволоки. Затем, проходя через тор, этот шпиндельный блок поворачивает обмотки.Это может занять много времени, поэтому вам будет проще купить готовый блок питания, если вам не подходят ваши возможности.

Пример расчета

На данном примере процесс лучше всего представлен. Как правило, первичная обмотка питается от сети переменного напряжения 220 В. Предположим, вам нужны две вторичные обмотки, чтобы на каждом выходе было 12 В. А в первичной обмотке вы также используете провод сечением 0,6 мм. Следовательно, площадь поперечного сечения будет примерно равна 0.23 квадратных метра. Мм Но это еще не все расчеты, тороидальные трансформаторы нужно тщательно настраивать все параметры. Еще раз, немного арифметики – вам нужно разделить 220 (В) на количество напряжений вторичной цепи. Следовательно, вы получите коэффициент 3,9.

Это означает, что поперечное сечение провода, используемого во вторичной обмотке, будет точно в 3,9 раза больше поперечного сечения первичной обмотки. Для определения количества витков первичной обмотки необходимо по простой формуле умножить коэффициент «40» на напряжение (в первичной цепи это 220 В), после чего полученное количество делится на площадь поперечного сечения магнитная цепь.Стоит отметить, что его точность и срок службы зависят от того, насколько точно будет выполнено измерение тороидального трансформатора. Так проще повторять каждый шаг расчета заново.

Обмотка тороидального трансформатора – формула тороидального трансформатора

Обмотка тороидального трансформатора – формула тороидального трансформатора. Как рассчитать обороты тороидального трансформатора?

В этой статье мы собираемся обсудить, как намотать тороидальный трансформатор? и как рассчитать количество слагаемых силовых тороидальных трансформаторов.?

Расчет обмотки тороидального трансформатора

Что понимают под силовыми тороидальными трансформаторами

Тороидальные трансформаторы – это силовые трансформаторы с тороидальным сердечником или сердечником круглой формы с первичной обмоткой и вторичной обмоткой. ток, протекающий через первичную обмотку, индуцирует электромагнитную силу, а затем ток проходит во вторичной обмотке, тем самым передавая Паван от первичной обмотки к вторичной обмотке за счет взаимной индукции.

Если вы хотите знать, как работают трансформаторы – принцип , а работа трансформаторов

Тороидальные трансформаторы – самый эффективный трансформатор по сравнению с обычными трансформаторами.Потому что у них меньше потерь энергии при преобразовании напряжения. Благодаря приложенным для каждого шлейфам обеспечивается хорошая взаимоиндукция. Никакой утечки флюса не произошло.

Но при сравнении стоимости тороидальный трансформатор намного дороже, чем обычные трансформаторы. В усилителе мощности и инверторе мощности чаще всего используется тороидальный трансформатор. Deccan легко обеспечивает высоковольтный выход высокого напряжения tanda.

Конструкция и расчет тороидального трансформатора

Здесь мы переходим к взятому тороидальному трансформатору для пояснения формулы.

(d1-d2) * h = Площадь тороидального сердечника

1,5 * 5,2 = 7,8 см

Согласно Правилу 42 изготовления трансформатора, площадь должна быть разделена с использованием содержимого.

42 / 7,8 = 5,38 витка

, что означает, что для выработки 1 вольт требуется 5,38 витка. так нам нужно 220 вольт итак

5,38 * 220 = 1184,61 витка = 1190 витков необходимо для получения выходного сигнала 220В .

витков вторичной катушки нам нужно узнать

требуется выход 35-0-35 на вторичной обмотке, поэтому

35 * 5.38 = прибл. 190 оборотов нужно

для оборотов центрального метчика 190 первых оборотов и снова общего нарезания резьбы 190 оборотов. вот и все

Как намотать трансформатор – см. Здесь

Coil32 – Калькулятор ферритового тороида

Детали

Опубликовано: 08 января 2015

Просмотров: 70742

Вы должны включить JavaScript в вашем браузере, чтобы калькулятор работал на этой странице!

Здесь вы можете увидеть формулы, которые калькулятор использует для расчета индуктивности.Онлайн-калькулятор использует диаметр проволоки, чтобы определить ее длину и возможность вписать ее во внутренний диаметр тороида. В этом калькуляторе следует использовать внешний диаметр провода (с изоляцией). Вы можете загрузить кроссплатформенное приложение Coil64 для расчета индуктивности катушки ферритового тороида в автономном режиме. Вот калькулятор тороидов Amidon с железным порошком и калькулятор ферритовых сердечников Amidon .

Для правильного расчета на радиочастотах необходимо использовать действительную часть комплексной магнитной проницаемости μ ‘ феррита как относительную магнитную проницаемость μ _r .Это значение зависит от ферритового материала и частоты. На низких частотах, при условии, что катушка работает в слабых полях, можно использовать значение начальной проницаемости μ _i . Эти параметры можно найти в паспортах производителя.

Калькулятор ферритовых тороидов:

ВВЕДИТЕ ВВОДНЫЕ ДАННЫЕ:

---

Выберите единицы измерения:

мм / см / дюйм

AWG → 000000000012345678910111213141516171819202122232425262728293031323334353637383940

SWG ​​→ 07.06.05.04.03.02/001234567891011121314151617181920212223242526272829303132333435363738394041424344454647484950

---

---

* Необходимо для длины намотки провода без выводов.

---

Ссылки по теме:

1. Калькулятор намотки тороида – 66PACIFIC.COM
2. Ферритовый E-core онлайн-калькулятор

Формулы индуктивности тороида и калькулятор

Тороидальные индукторы часто используются в приложениях для импульсной подачи энергии и регулирования мощности, поскольку магнитные поля в значительной степени ограничены объемом формы. Все формулы на этой странице показаны для тороидального индуктора с воздушным сердечником.Если использовать магнитный сердечник в качестве формы для намотки тороида, индуктивность тороида можно найти, вычислив значение по соответствующей формуле, показанной ниже для индуктора с воздушным сердечником, а затем умножив это значение на относительную проницаемость магнитного сердечника. основной материал.

Тороиды могут быть намотаны круглой формы, как показано на рисунке ниже:

Схема тороидального индуктора круглого сечения

Индуктивность такого тороида можно рассчитать по следующей формуле:

Уравнение для тороидального индуктора круглого сечения

где N – количество витков, R – средний радиус формы, показанной на рисунке (в см), а a – радиус обмоток формы, как показано на рисунке (в см).

Другая формула индуктивности тороида круглого сечения показана ниже:

Альтернативная формула для тороидального индуктора круглого сечения

, где N – количество витков, D – средний диаметр формы, показанной на рисунке (в дюймах), а d – диаметр витков, как показано на рисунке (в дюймах).

Они также могут иметь прямоугольную форму, как показано на рисунке ниже:

Схема тороидального индуктора квадратного сечения

Индуктивность тороида прямоугольного сечения может быть найдена из следующего уравнения (Terman, Frederick E., Справочник радиоинженера , Макгроу-Хилл, Нью-Йорк, 1943, стр. 58.):

Уравнение для тороидального индуктора с квадратным поперечным сечением

, где N – количество витков, h – высота обмотки (в дюймах), d ₁ – внутренний диаметр (в дюймах), а d ₂ – внешний диаметр (в дюймах).

Вторая формула для тороида прямоугольной формы показана ниже:

Альтернативное уравнение для тороидального индуктора с квадратным поперечным сечением

, где N – количество витков, h – высота обмотки (в см), r ₁ – внутренний радиус (в см), а r ₂ – это внешний радиус (в см).

Калькуляторы, представленные ниже, могут быть использованы для определения правильных параметров тороидального индуктора круглого или квадратного сечения. Кредит за исходный код Javascript, используемый в калькуляторе, дан Рэю Аллену, у которого есть несколько подобных полезных калькуляторов на своем веб-сайте Pulsed Power Portal.

---

Консультации, комментарии и предложения направляйте по адресу [email protected]

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, только классические сердечники, составленные из стальных листов, принимаются 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. Для того, чтобы с самого начала выбрать достаточно 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. Поперечное сечение A – это минимальное поперечное 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 одинаковое 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 опорной плиты	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
Кремнистая сталь без ориентированной зернистости (пластины 0,5 мм), M7	1,1	0,82
Стандартная кремниевая 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 сердечнике

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 можно рассматривать 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 Выражается в мм ² . Об этой формуле 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 рассчитайте 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 для каждой вторичной обмотки.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 в проводнике 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 провода, радиус изгиба провода, 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 удерживает 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 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). ценить). 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

Обозначение	Описание	Установка
A	Поперечное сечение жил	мм 2
д	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	Число оборотов на В	витка / 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, 134,
• Nuova Elettronica, Рив 179, стр. 66

---

---

12 этапов проектирования тороидальных трансформаторов: Talema Group

Выполнение этих 12 шагов при проектировании тороидальных трансформаторов обеспечит долгий срок службы компонентов и оптимальную производительность.

Шаг 1. Рассчитайте ЭДС трансформатора

Согласно уравнению Фарадея для индуцированного напряжения в обмотке трансформатора:

Где E – напряжение в вольтах
N – количество витков
Ac – площадь поперечного сечения магнитопровода в мм²
B – магнитная индукция в теслах

Примечание. Тороидальные трансформаторы обычно работают с более высокой плотностью магнитного потока, чем обычные ламинированные трансформаторы.

Шаг 2: Расчет номинальной мощности

Где VA – вольт-ампер
V _FL – вторичное напряжение переменного тока при полной нагрузке в вольтах
I _FL – вторичный переменный ток при полной нагрузке в амперах

Шаг 3: Рабочий цикл

Если нагрузка неустойчива, можно использовать трансформатор меньшего размера. Поскольку выходная мощность в этом случае значительно превышает номинальную мощность, вторичное напряжение падает ниже указанных значений. Падение напряжения увеличивается пропорционально потребляемому току.

Шаг 4: Частота линии

Большинство тороидальных силовых трансформаторов предназначены для работы в приложениях с частотой 50/60 Гц, 60 Гц или 400 Гц. По мере увеличения частоты размер трансформатора соответственно уменьшается. Тороидальный трансформатор на 60 Гц будет на ~ 20% меньше, чем тороидальный трансформатор на 50 Гц.

Шаг 5: Передаточное число

Где Vp – первичное напряжение в вольтах
Vs – вторичное напряжение в вольтах
Np – количество витков первичной обмотки
Ns – количество витков вторичной

Шаг 6: Положение

Где V _NL – вторичное напряжение переменного тока без нагрузки в вольтах
В _FL – переменное напряжение полной нагрузки в вольтах

Шаг 7: Падение напряжения

Вторичные напряжения и токи действительны для нормальной выходной мощности.При частичной нагрузке выходное напряжение в зависимости от размера трансформатора будет соответственно выше. На рисунке ниже показано увеличение напряжения для стандартных тороидальных трансформаторов Talema для частичных нагрузок.

Шаг 8: Повышение температуры

Как видно из графиков ниже, стандартные тороидальные трансформаторы Talema рассчитаны на повышение температуры от 60 ° C до 70 ° C при номинальной нагрузке. При выборе типоразмера трансформатора необходимо учитывать температуру окружающей среды и коэффициент теплоотвода в месте установки.На рисунках показано типичное изменение температуры в зависимости от выходной мощности или перегрузки.

Шаг 9: Несколько обмоток или одна обмотка (автотрансформатор)

Автотрансформатор обеспечивает меньшие размеры и более экономичную общую конструкцию в тех случаях, когда гальванически развязанные обмотки не требуются. Такое же преобразование напряжения и тока может быть получено с помощью однообмоточного автотрансформатора, что и с обычным двухобмоточным трансформатором. Есть два основных отличия:

1. В автотрансформаторе вторичная обмотка является общей как для первичной, так и для вторичной обмотки.
2. Между первичной и вторичной цепями имеется прямое медное соединение.

Автотрансформаторы

имеют более низкое реактивное сопротивление утечки, меньшие потери, меньшие токи возбуждения, и они могут быть меньше и дешевле, чем двухобмоточные трансформаторы, когда соотношение напряжений меньше 2: 1. И, конечно же, они не обеспечивают изоляции.

Talema имеет семейное одобрение для автотрансформаторов до 25 кВА для стандартов UL5085 (трансформаторы общего назначения) и 40 кВА для стандартов UL60601-1 (трансформаторы для медицинского и стоматологического оборудования).

Шаг 10: Исправление

На рисунках ниже приведены формулы для расчета приблизительных значений трансформаторов, которые в основном зависят от размера используемого нагрузочного конденсатора. Применяемый форм-фактор «F» составляет от 1,1 для конденсаторов меньшего размера до 2,5 для относительно больших конденсаторов.

Полноволновой мост

Мост с центральной резьбой

Шаг 11: Пусковой ток

Характеристики, обеспечивающие преимущества тороидального трансформатора, также вносят свой вклад в недостаток: высокий пусковой ток при начальном приложении мощности.Талема успешно разрабатывает трансформаторы с низким пусковым током.

Отсутствие зазора в тороидальном сердечнике означает максимально возможную остаточную намагниченность (остаточная намагниченность сердечника в определенном направлении и величине может быть значительно более выраженной в тороиде по сравнению с ламинатом E-I). Этот остаточный магнетизм – механизм, с помощью которого функционировали старые памяти ядра компьютера. Сердечник «сохраняет» статическое магнитное смещение при отключении питания. Если отключение питания происходит в неблагоприятное время, в сердечнике сохраняется самая сильная магнитная намагниченность.Когда питание снова подается на первичную обмотку, пиковый пусковой ток может достигать

.

, где V _p-pk – пиковое первичное напряжение, а R _p – сопротивление первичной обмотки постоянному току, зависящее от мощности трансформатора и от того, насколько сильно намагничен сердечник. Этот пик пускового тока возникает на короткое время в течение первого или второго полупериода синусоидальной волны мощности.

Существует несколько подходов к устранению пускового тока:

1. Добавление термистора NTC последовательно к первичной обмотке трансформатора
2. Использование плавких предохранителей с задержкой срабатывания
3. Уменьшите остаточный магнитный поток, который увеличит ток намагничивания в сердечнике.Методы, используемые для уменьшения остаточного флюса, включают введение зазора или использование альтернативных материалов или методов отжига.

Шаг 12: Тепловая защита

Мы рассмотрим два типа тепловой защиты тороидальных трансформаторов: одноразовый предохранитель и самовосстанавливающийся термовыключатель.

Назначение этих устройств – отключение трансформатора в случае перегрева. Одноразовый предохранитель используется в первую очередь для защиты от внутренних повреждений трансформатора, срабатывая при заданной температуре.Термовыключатель с автоматическим возвратом в исходное состояние обеспечивает прерывистую защиту от внутренних повреждений трансформатора и внешних перегрузок. Это устройство открывается при заданной высокой температуре и закрывается при заданной более низкой температуре. Эти устройства устанавливаются внутри трансформатора и подключаются последовательно с первичной или вторичной обмоткой.

Одноразовый предохранитель / отключаемый предохранитель

Термовыключатель

• Йогананд Велаютам – инженер по дизайну и разработке в Talema India.Он имеет степень магистра электротехники и электроники Университета Анна в Ченнаи. Он был связан с Талемой с 2006-2008 и с 2010 года.

  Просмотреть все сообщения

.