Alp22.ru

Промышленное строительство
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Формулы для расчета трансформатора

Формулы для расчета трансформатора

Комаров Е. Расчет выходных трансформаторов. — В помощь радиолюбителю. — 1959. — №8. — 10-29.

Назначение выходного трансформатора

Выходной трансформатор радиоприемника или усилителя нужен для согласования выходного сопротивления оконечной лампы каскада с нагрузкой, т. е. громкоговорителем.

Качество работы выходного каскада в основном характеризуется величиной частотных и нелинейных искажений.

Частотные искажения появляются вследствие непостоянства величины сопротивления нагрузки для различных частот.

Вследствие нелинейности характеристик ламп оконечного каскада возникают нелинейные искажения. Большой коэффициент нелинейных искажений в усилителе нетерпим, так как влечет за собой резкое ухудшение качества звучания.

Как величина полезной мощности, так и значение коэффициента нелинейных искажений в большой степени зависят от величины нагрузочного сопротивления оконечного каскада. При неправильном выборе величины нагрузки уменьшается полезная мощность, отдаваемая лампой, и растет коэффициент искажений. Наивыгоднейшие значения сопротивлений нагрузки для типовых режимов конкретных ламп будут приведены в табл.1 в следующем выпуске рассылки.

Нужная величина сопротивления нагрузки для большинства ламп составляет несколько тысяч Ом. Величина же сопротивления звуковых динамических громкоговорителей выражается в единицах ома. Поэтому непосредственное включение катушки громкоговорителя в анодную цепь лампы нецелесообразно.

Для согласования этих сопротивлений я применяют выходные трансформаторы.

Расчет выходных трансформаторов

приведена принципиальная упрощенная схема выходного каскада, на рис.2

изображены эквивалентные схемы этого каскада для различных частот усиливаемого сигнала. Здесь R1 — внутреннее сопротивление лампы; r1 — активное сопротивление первичной обмотки; r2 — активное сопротивление вторичной обмотки; Ls — индуктивность рассеяния трансформатора; R1 — приведенное сопротивление нагрузки (сопротивление со стороны первичной обмотки при включении во вторичную нагрузку); La -индуктивность первичной обмотки.

Расчет выходного трансформатора можно разделить на две части: электрический расчет и конструктивный расчет (по данным электрического расчета).

При электрическом расчете определяются такие параметры трансформатора, как коэффициент трансформации, индуктивность первичной обмотки, индуктивность рассеяния и активные сопротивления обмоток.

При конструктивном расчете находятся числа витков обмоток, диаметр проводов, габариты и сечение стального сердечника.

Заданными величинами при расчете обычно являются: внутреннее сопротивление лампы, наивыгоднейшее сопротивление нагрузки. Величина постоянной составляющей анодного тока лампы (тока покоя), мощность громкоговорителя и сопротивление его звуковой катушки, а также граничные частоты полосы пропускания (частоты, для которых усиление должно быть не меньше 0,7 от максимального уровня).

Приближенный расчет, обладающий достаточной для радиолюбительской практики точностью, может быть проведен по упрощенным формулам, без учета активных потерь в обмотках трансформатора и его индуктивности рассеяния. Поэтому расчет трансформатора по заданным параметрам лампы и громкоговорителя сведется к определению коэффициента трансформации, индуктивности первичной обмотки, чисел витков обмоток, диаметра проводов и объема и сечения стального сердечника.

Расчет выходных трансформаторов для однотактных каскадов

Заданными величинами при расчете являются: внутреннее сопротивление лампы Ri, приведенное сопротивление нагрузки R1, постоянная составляющая анодного тока лампы Iо, мощность громкоговорителя и сопротивление его звуковой катушки, а также допустимые частотные искажения.

Расчет трансформатора начинается с определения требуемого коэффициента трансформации, приводящего сопротивление нагрузки к нужной величине в области средних частот, по формуле:

где n — коэффициент трансформации, выражающий собой отношение чисел витков вторичной обмотки к первичной; Rн — сопротивление звуковой катушки громкоговорителя; R1 — приведенное сопротивление нагрузки.

Следующим этапом расчета является определение индуктивности первичной обмотки, величина которой определяет частотные искажения каскада в области низких частот.

Первичная обмотка трансформатора, как это видно из эквивалентной схемы для низких частот (рис. 2, б), включена параллельно приведенному сопротивлению нагрузки. Индуктивное сопротивление обмотки на низких частотах уменьшается, что приводит к уменьшению коэффициента усиления. Для того чтобы коэффициент частотных искажений не превышал заданного значения, индуктивность первичной обмотки не должна быть меньше определенной величины. Эта величина определяется по формуле:

где при использовании в выходном каскаде триода R = Ri, а для лучевого тетрода или пентода R = 0,1Ri; fн — частота, соответствующая нижней границе полосы пропускания усилителя; М — коэффициент частотных искажений, представляющий собой отношение коэффициента усиления на средних частотах (принят за единицу) к коэффициенту усиления на низких частотах

Если принять fн = 80 Гц, а М = 1,22, то формула для расчета индуктивности первичной обмотки трансформатора упростится и примет вид:

После определения величин n и L2 необходимо найти, исходя из мощности громкоговорителя т.е. той мощности, которую нужно передать из первичной обмотки во вторичную, тип и размеры пластин, а также сечение сердечника по формуле:

где Р — мощность громкоговорителя в Вт, а В — коэффициент, зависящий от типа применяемой лампы, показателей усилителя (полосы пропускания, допустимых искажений) и, в очень сильной степени, от наличия или отсутствия в схеме отрицательной обратной связи.

Расчет трансформатора теория и практика

Благодаря магнитному потоку, который создается первичной обмоткой, вторичная его улавливает и преобразует в переменное напряжение с такой же частотой, но сдругим номиналом. Почему же напряжения на вторичной обмотке отличается?

А потому, что зависит от количества витков, которые намотаны на обоих обмотках. И подчиняются следующей формуле.

,где: U1 и U2 — напряжение на первичной и вторичной обмотке соответственно; N1, N2 — количество витков на каждой обмотке; I1, I2 — токи протикающие в каждой из обмоток

Читайте так же:
Фотореле ps2 схема подключение

Расчет трансформатора теория из курса ТОЭ

Теоретический курс раздела из цикла общая электротехника. В данных уроках вы познакомитесь с общим устройством, со схемой замещения при холостом ходе. С работой однофазного и трехфазного трансформатора. С переходными процессами происходящими в них. Познакомитесь с примерами расчета.

Transfor — Позволяет радиолюбителям расчитывать силовые приборы, собранные на магнитопроводах разной формы из электротехнической стали ( Г -, Ш -, О — образные и броневые), имеющие до 99 обмоток и с сохранением результатов расчета в файл.
Indukt— Применяется радиолюбителями в целях расчета трансформаторов и катушек индуктивностей. А также определения предельных нагрузок катушки и различных параметров индуктивных элементов.
Design tools pulse transformers — Русско язычный вариант расчетки трансформаторматоров для двухтактных импульсных источников питания
Transfor-zwuk — Расчет и изготовление выходных трансформаторов ламповых УМЗЧ
ExcellentIT v5.0.0.0 — утилита для расчетов импульсных трансформаторов двухтактных преобразователей
PowerTrans v1.0 — Простая утилитка позволит с отличной точностью рассчитывать трансформаторы на различных сердечниках. Для лучшего приближения расчета к реальным параметрам рекомендуется после расчета диаметр провода в первичной обмотке увеличить на 10%. В комплекте имется так же справочник по намоточным проводам и радиолюбительскими советами по намотке и испытанию трансформаторов.

Точный и правильный расчет трансформатора довольно сложен, если вам не терпится познакомится с ним по ссылке чуть выше, вы можете скачать целый курсовой проект посвященный этому вопросу, но радиолюбителю или начинающему электронщику можно сконструировать силовой трансформатор, пользуясь для расчета упрощенными методиками, которые рассмотрены ниже. Для упрощенного расчета необходимо вычислить, исходя из заданных параметров величины напряжений и токов для всех обмоток. Сначала расчитаем мощность для всех вторичных обмоток:

Для расчета общей мощности трансформатора все состовляющие, вычесленные для отдельных обмоток, сумируются и общая сумма умножается на коэффициент 1,25, учитывающий потери.

По мощности Р подсчитывается сечение сердечника (в кв.см):

Далее рассчитываем число витков n приходящиеся на 1 вольт напряжения:

Затем переходят к нахождению числа витков каждой из обмоток. Для первичной обмотки число витков, учитывая потери напряжения, будет определятся так:

Для остальных обмоток учитывая потери напряжения числа витков определяются:

Диаметр провода любой обмотки трансформатора можно определить по формуле:

Сила тока, проходящего через первичную обмотку, вычисляется из обшей мощности трансформатора Р:

Необходимо еще выбрать типоразмер пластин для сердечника трансформатора. Для этого нужно рассчитать площадь, которую занимает вся обмотка в окне сердечника :

Эта формула учитывает толщину изоляции проводов и неравномерность намотки обмоток, а также место, которое занимает каркасом в окне сердечника. По полученной величине Sм выбирается типоразмер пластины с таким образом, чтобы обмотка свободно влезть в окно выбранной пластины. Выбирать пластины с окном, значительно большим, чем это требуется, не следует, так как при этом сильно ухудшаются общие свойства трансформатора.

Затем определяют толщину набора сердечника — величину b, которую вычисляют по формуле:

расчет сердечника трансформатора

Полный расчет и самостоятельное изготовление трансформатора для радиолюбителя довольно сложная задача. Но можно пойти более быстрым путем. Просто подобрать близко похожий по мощности и исправный трансформатор. Рассмотрим косвенный способ определения мощности трансформатора на примере трансформатора ТП114-163М. Он броневого типа, собран из штампованных Ш-образных и прямых пластин.

Итак, для вычесления мощности трансформатора требуется рассчитать сечение магнитопровода. Применительно к ТП114-163М, магнитопровод представляет набор штампованных Ш-образных и прямых пластин из электротехнической стали. Для упрощенного расчета сечения потребуется умножить толщину набора пластин на ширину центрального лепестка Ш-образной пластины. При расчетах не забывайте соблюдать размерность.Лучше все мерить в сантиметрах. В соответствии с рисунком, толщина набора около 2 сантиметров.

толщина набора пластин трансформатора

Затем измеряем ширину центрального лепестка. Тут немного сложнее. Так как ТП114-163М имеет плотный набор и пластмассовый каркас. Поэтому центральный лепесток почти не виден, он закрыт пластиной, и измерить его ширину проблематично. Поэтому ширину измеряем у боковой, самой первой Ш-образной пластины в зазоре между пластмассовым каркасом. Она не дополняется прямой пластиной и поэтому хорошо просматривается край центрального лепестка.

измеряем ширину центрального лепестка

Таким образом сечение магнитопровода будет 3,4 см 2 . Остается подставить это значение в формулу и вычислить результат — около 7 ватт.

Курсовая работа с примером расчета. В конструкторском исполнении этот прибор представляет собой магнитопровод и катушки с обмотками. Магнитопроводы небольшой мощности бывают пластинчатые и ленточные. Они в свою очередь делятся на три основных класса: стержневые, кольцевые и броневые.

Обмотки катушек делаются из изолированных проводов и кроме этого осуществляется изоляция катушек непосредственно от сердечника.

В этой курсовой работе был представлен расчет трехфазного двухобмоточного устройства общей мощностью 1000 кВ•А. При передаче энергии на одинаковое расстояние, потери ее оказываются разными при разных напряжениях. Чем выше напряжение, тем меньше потери. Для изменения напряжения в электроэнергетике применяют тран-торы. Так в начале ЛЭП испльзуют повышающие трансф., а в конце – понижающие. Цель данной курсовой работы заключается в том, чтобы спроектировать его с минимальными потерями.

В этом курсовой работе приведены расчёты основных электрических величин и изоляционных материалов, обмоток, параметров короткого замыкания, магнитной системы трансформатора и параметров холостого хода. Тепловой расчёт трансф. и системы охлаждения

Расчет трансформ. напряжения. Его используют для понижения высокого напряжения до стандартных значений и отделения от первичных цепей высокого напряжения. В дипломе также имеется технологическая и экономическая часть, а также техника безопасности.

Читайте так же:
Ареометр это прибор с помощью которого

Если он все таки сломался, необходимо внимательно осмотреть его. В некоторых случаях уже по его внешнему виду и обмоткам можно определить проблему поломки. Если каркас трансф. сильно оплавлен или просматриваются следы сажи без ремонта не обойтись, иногда даже проще купить новый. Но не будем сразу о грустном.

Формулы для расчета трансформатора

РАСЧЕТ СИЛОВОГО ТРАНСФОРМАТОРА

В радиолюбительской практике иногда возникает необходимость в изготовлении трансформатора с нестандартными значениями напряжения и тока.

Хорошо, если удается подобрать готовый трансформатор с нужными обмотками, в противном случае трансформатор приходится изготавливать самостоятельно.

Эта страничка посвящена изготовлению силового трансформатора своими силами. В промышленных условиях расчет трансформатора — весьма трудоемкая работа, но для радиолюбителей созданы упрощенные методики расчета. С одной из таких методик я и хочу вас познакомить.

Перед началом расчета нам нужно определиться с выходными данными будущего трансформатора.

Во-первых — номинальная мощность (P). Мощность трансформатора определяется как сумма мощностей всех вторичных обмоток. Мощность любой из вторичных обмоток определяем из произведения напряжения на вторичной обмотке и снимаемого с нее тока (напряжение для расчета берем в Вольтах, а ток — в Амперах).

Исходя из полученной номинальной мощности трансформатора можно вычислить минимальное сечение сердечника (S) (измеряется в квадратных сантиметрах). При выборе сердечника руководствуются шириной центральной пластины сердечника и толщиной набора. Площадь сечения сердечника определяется как произведение ширины пластины на толщину набора.

S серд = L*T (все величины берутся в Сантиметрах!)

Также полезно сразу рассчитать площадь окна выбранного нами сердечника. Эта величина будет использоваться для проверки коэффициента заполнения окна ( проще говоря — поместятся все обмотки на данном трансформаторе, или нет).

Далее — приступаем к вычислению коэффициента N. Этот коэффициент показывает, сколько витков нужно намотать для получения напряжения на обмотке в 1 вольт.

Дальнейший расчет сводится к умножению напряжения на обмотке на это коэффициент (N). Эта процедура для всех обмоток одинакова.

Далее — рассчитываем рабочий ток в сетевой обмотке исходя из мощности трансформатора и сетевого напряжения.

Диаметр провода в обмотках рассчитывается по приведенным формулам (ток берется в Миллиамперах !). Иногда не удается приобрести провод нужного сечения (но есть провод меньшего диаметра) — для этого случая полезно воспользоваться следующей табличкой:

Как пользоваться табличкой? Предположим, в результате расчета диаметр провода обмотки у нас получился равным 0,51 миллиметра. Для получения эквивалентного по сечению провода нам нужно взять либо 2 провода, диаметром 0,31 миллиметра, либо 3 провода с диаметром 0,29 миллиметров. Соответственно, обмотка будет состоять не из расчетного провода, а из нескольких, вместе сложенных проводов меньшего сечения. Надеюсь, что пример довольно понятный для понимания.

В конце расчета проверяем коэффициент заполнения окна обмотками. Если этот коэффициент не превышает 0,5 — всё в порядке — можно приступать к намотке, в противном случае придется использовать сердечник с большей площадью сечения и произвести весь расчет заново.

Сборка сердечника у силового трансформатора производится «в перекрышку» — так как показано на рисунке внизу:

Если у вас найдется готовый силовой трансформатор с номинальной мощностью не ниже, чем необходимо, то можно сетевую обмотку не перематывать, а ограничиться расчетом только вторичной обмотки.

Для примера : нам нужен силовой трансформатор для зарядки автомобильного аккумулятора с номинальным током зарядки 5 ампер.

Таким образом — мощность такого трансформатора должна быть не менее 90 ватт (18 вольт помноженное на 5 ампер).

В данном случае можно использовать силовой трансформатор типа ТС180 от лампового черно-белого телевизора. Переделка такого трансформатора сводится только к перемотке вторичной обмотки. Данный трансформатор изготовлен с применением так называемого «О» — образного сердечника и имеет две катушки. Все обмотки такого трансформатора разделены пополам и наматываются на обе катушки. Для переделки разбираем аккуратно сердечник (предварительно пометив одну из сторон сердечника, так как половинки при сборке трансформатора пришлифовываются друг к другу), сматываем все обмотки, кроме помеченных цифрами 1-3. Во время сматывания накальной обмотки (она намотана самым толстым проводом) нужно сосчитать число витков . Полученное число витков делим на 6,5 — получаем количество витков обмотки данного трансформатора на 1 вольт. Затем умножаем это число на 18 и получаем нужное число витков вторичной обмотки. По формуле рассчитываем диаметр провода вторичной обмотки. При данном токе обмотки диаметр провода должен быть не менее, чем 1,42 миллиметра. Если вы найдете такой провод, то вторичную обмотку нужно разделить на 2 части и наматывать на каждый каркас, после чего соединить обмотки последовательно. Можно использовать провод меньшего диаметра (например 1,0 миллиметра). В этом случае на каждый каркас наматываем полное число витков и обмотки соединяем параллельно.

Ниже приведена табличка для изготовления силового трансформатора с «типовыми» размерами сердечника:

Пользование табличкой, думаю, не составит трудностей.

Расчет тороидального сетевого трансформатора

Исходные данные для расчета: напряжение/ток всех вторичных обмоток. Исходя из этих данных получаем минимальную габаритную мощность трансформатора. Пример: нужен трансформатор с двумя вторичными обмотками . Первая — на 14 вольт при токе в 1 ампер, вторая — 30 вольт при токе 0,05 ампера. Получаем сумму мощности во вторичных обмотках (14*1)+(30*0,05)=15,5 ватт. Главный качественный показатель силового трансформатора для радиоаппаратуры — это его надежность. Следствие надежности — это минимальный нагрев трансформатора при работе и минимальная просадка выходных напряжений под нагрузкой (иными словами, трансформатор должен быть «жестким»).
В расчетах примем КПД трансформатора 0,95 . 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:

Читайте так же:
Что такое дроссель электрический

Далее считаем количество витков первичной (сетевой) обмотки — оно равно n1=40 * 220 / Sc
Где: Sc — площадь поперечного сечения сердечника, соответственно [кв. см]; 220 — напряжение первичной обмотки [В]; Количество витков во вторичных обмотках считаем по той же формуле, но учитываем падение напряжения под нагрузкой — добавляем примерно 5 % к расчитанному количеству.

Диаметр провода всех обмоток расчитываем по формулам

— для меди

— для алюминия

Силовой мощный импульсный трансформатор. Расчет. Рассчитать. Онлайн. Online. Скин-эффект. Обмотка. Витки.

Конструирование источников питания и преобразователей напряжения Разработка источников питания и преобразователей напряжения. Типовые схемы. Примеры готовых устройств. Онлайн расчет. Возможность задать вопрос авторам

Практика проектирования электронных схем Искусство разработки устройств. Элементная база. Типовые схемы. Примеры готовых устройств. Подробные описания. Онлайн расчет. Возможность задать вопрос авторам

[Число витков вторичной обмотки] = [Число витков первичной обмотки] * [Амплитудное значение напряжения вторичной обмотки, В] / [Амплитудное значение входного напряжения, В]

Как мы видим из формул, число витков не зависит от магнитной проницаемости сердечника. Так как сердечник с зазором эквивалентен сердечнику с меньшей магнитной проницаемостью, но без зазора, то от размера зазора число витков также не зависит. Но от проницаемости (и от зазора) зависит ток холостого хода трансформатора. Если Он обратно пропорционален этой величине. Так как обычно мы заинтересованы в уменьшении холостого тока, то, если нет противопоказаний, лучше использовать материал с большей проницаемостью.

Скин-эффект и намотка жгутом

Силовые импульсные трансформаторы мы рекомендуем мотать жгутами из тонких проводов. Преимуществ несколько. Во-первых, исключается снин-эффект. Это такое неприятное явление, когда токи высокой частоты проходят по проводникам не по всему их объему, а стремятся распределиться по поверхности. Получается, что работает не весь проводник, а только его небольшой поверхностный слой. Отсюда избыточное омическое сопротивление обмотки и нагрев. Скин-эффект не проявляется на тонких проводах. До частоты 100 кГц мы применяем жгуты из провода диаметром 0.25 мм. На более высоких частотах рекомендуется диаметр провода еще уменьшить. Во-вторых, жгутом проще мотать, чем толстой медной шиной.

Сечение провода обмотки выбирается исходя из силы тока. Мы считаем допустимой плотность тока 5 А/кв. мм. Если Вы проектируете трансформатор с прицелом на сертификацию, то в разных странах есть разные стандарты на допустимую плотность тока. Ознакомьтесь с ними. Исходя из силы и плотности тока, получаем диаметр провода. Для частот меньше 100 кГц если он меньше 0.25 А, то мотаем одним проводом, если больше, то жгутом из проводов 0.25.

Определив количество витков в обмотках и количество проводов в жгутах, нужно проверить, поместятся ли обмотки в окне магнитопровода.

Теперь приведем онлайн расчет трансформатора. Этот расчет пригоден как для низкочастотных трансформаторов, так и для высокочастотных. Его можно применять для расчета не только силовых, но и других (например, управляющих, согласующих и т. д.) трансформаторов. Он пригоден для разных магнитопроводов. Необходимо только правильно рассчитать площадь сечения и площадь окна. Для Ш — образных сердечников. Площадь сечения равна площади зуба, а площадь окна произведению его ширины на его высоту. Для кольцевых (тороидальных) сердечников площадь сечения равна произведению высоты на половину разности внешнего и внутреннего диаметров, площадь окна равна ПИ умножить на квадрат внутреннего диаметра поделить на 4.

1 2 3

К сожалению в статьях периодически встречаются ошибки, они исправляются, статьи дополняются, развиваются, готовятся новые. Подпишитесь, на новости, чтобы быть в курсе.

Здравствуйте. По поводу расчёта числа витков первички в импульсном тр. непонятно конкретно способ нахождения ‘Максимально приемлемая индукция, Тл’, или оно определяется как индуктивность, Гн через реактивное сопротивление? Читать ответ.

Конструирование (проектирование и расчет) источников питания и преобра.
Разработка источников питания и преобразователей напряжения. Типовые схемы. Прим.

Бесперебойник своими руками. ИБП, UPS сделать самому. Синус, синусоида.
Как сделать бесперебойник самому? Чисто синусоидальное напряжение на выходе, при.

Полумостовой импульсный стабилизированный преобразователь напряжения, .
Как работает полу-мостовой стабилизатор напряжения. Где он применяется. Описание.

Сверхмощный импульсный усилитель звука. Площади. Вещательный. Звуковой.
Сверхмощный импульсный усилитель звука для озвучивания массовых мероприятий и пр.

Расчёт трансформатора на калькуляторе в домашних условиях

Расчет трансформатора

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

Читайте так же:
Чем сваривать нержавейку с черным металлом

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.

Калькулятор для расчета трансформатора онлайн

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.

Расчет тороидального трансформатора

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

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

Виды сердечников

Расчет трансформатора онлайн

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.

Калькулятор для расчета трансформатора по сечению сердечника

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

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

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

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

Типовой расчёт параметров

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

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

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

Стержневой тип магнитопровода

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

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

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

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

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

Тороидальный трансформатор своими руками

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

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

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

Особенности автотрансформатора

Расчёт тороидального трансформатора онлайн

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

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

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

Трансформатор тороидального типа

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

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

Расчёт трансформатора на калькуляторе в домашних условиях

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

Принцип работы устройства

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

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

Рекомендации по сборке и намотке

Трансформаторный калькулятор онлайн

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

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

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

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

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector