Расчет габаритной мощности трансформатора по сердечнику: Как выбрать габаритную мощность трансформатора?

Содержание

Как выбрать габаритную мощность трансформатора?

Габаритная мощность трансформатора – это довольно условное понятие, применяющееся при расчете трансформатора.

Согласно теории магнитных цепей, геометрические размеры сердечника трансформатора не зависят от напряжений, токов и мощности трансформатора. Однако число витков обмотки и диаметр провода пропорциональны соответственно напряжению и току в этой обмотке. Поэтому размер сердечника должен быть такой, чтобы обмотки поместились на нем, но не слишком большим. То есть существует взаимосвязь между мощностью трансформатора и размерами его сердечника (по размерам обмоток), и такие вот размеры и называются габаритной мощностью.

Так что габаритная мощность трансформатора на деле равна «обычной» мощности.

Термин «габаритная» относится к процессу расчета трансформатора. Исходя из габаритной мощности подбирается сердечник, и проектируются обмотки. Но реальный трансформатор после своего изготовления может иметь другую мощность (обычно больше, редко когда чуть-чуть меньше).

Например, нам нужен трансформатор мощностью 76 Вт. Габаритная мощность как раз и составляет 76 Вт и по ней производится расчет: определяется материал и тип сердечника, сечения проводов обмоток, числа витков обмоток. Но сердечники трансформаторов бывают не любых размеров, а только стандартных. Допустим, некоторый сердечник позволяет сделать на нем трансформатор мощностью (это ориентировочная габаритная мощность сердечника, хотя такого термина не существует) 70 Вт. Нам это не подходит. Тогда выбираем сердечник большего размера. А на  нем можно получить трансформатор мощностью 85 Вт. И в реальности так обычно и делают (серийно – всегда).

То есть при необходимой нам мощности трансформатора  76 Вт, мы берем это число за основу расчета в качестве габаритной мощности, и получаем трансформатор реальной мощности. В просторечии под габаритной мощностью трансформатора иногда подразумевают ориентировочную мощность трансформатора, исходя из его габаритов. Это когда мощность трансформатора не известна.

Расчет трансформатора — audiohobby.ru

Программный (он-лайн) расчет тороидального 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 заполнять не требуется – так как данные автоматически выбираются из справочных таблиц, в случае клика , поле меняет цвет на светло-голубой и позволяет ввести собственные значение,
  3. — поле зелёного цвета – рассчитанное значение.

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 * d2 / 4.

Зная эти значения, можно рассчитать ориентировочную мощность трансформатора:

Pc max = Bmax *J * Кок * Кст * Sст * Sок / 0.901

J — Плотность тока, см. табл:
Конструкция магнитопровода Плотность тока J, [а/мм кв.] при Рвых, [Вт]
2-15 15-50 50-150 150-300 300-1000
Кольцевая 5-4,5 4,5-3,5 3,5 3,0

Вмах — магнитная индукция, см. табл:
Конструкция магнитопровода Магнитная индукция Вмах, [Тл] при Рвых, [Вт]
5-15 15-50 50-150 150-300 300-1000
Тор 1,7 1,7 1,7 1,65 1,6

Кок — коэффициент заполнения окна, см. табл:
Конструкция магнитопровода Коэффициент заполнения окна Кок при Рвых, [Вт]
5-15 15-50 50-150 150-300 300-1000
Тор 0,18-0,20 0,20-0,26 0,26-0,27 0,27-0,28

Кст — коэффициент заполнения магнитопровода сталью, см. табл.
Конструкция магнитопровода Коэффициент заполнения Кст при толщине стали, мм
0,08
0,1 0,15 0,2 0,35
Тор 0,85 0,88

РАСЧЕТ СИЛОВОГО ТРАНСФОРМАТОРА | Техника и Программы

Классический теоретический расчет трансформатора достаточно сложен Для его выполнения необходимо знать такие характеристики, как магнитная проницаемость используемых для сердечника пластин трансформаторной стали, длина магнитных силовых линий в сердечнике, средняя длина витка обмотки и другие параметры Профессиональному разработчику НИИ все эти параметры известны, так как он обладает сертификатами применяемых в трансформаторе материалов Радиолюбитель же вынужден использовать для трансформатора совершенно случайно попавший к нему сердечник, характеристики которого ему неизвестны

По указанной причине для расчета трансформатора предлагается эмпирический метод, многократно проверенный радиолюбителями и основанный на практическом опыте Расчет элементарно прост и требует лишь знания простейших основ арифметикиПринцип действия трансформатора

Рис 61 Трансформатор: а – общий вид б – условное обозначение

Трансформатор был изобретен П Н Яблочковым в 1876 году Устройство трансформатора показано на рис 61а, а его схематическое обозначение – на рис 616

Трансформатор состоит из стального сердечника и обмоток, намотанных изолированным обмоточным проводом

Сердечник собирается из тонких пластин специальной электротехнической стали для снижения потерь энергии

Обмотка, предназначенная для подключения к сети переменного тока, называется первичной Нагрузка подключается к вторичной обмотке, которых в трансформаторе может быть несколько Номера обмоток обычно проставляются римскими цифрами Часто обмоткам присваивают номера их выводов

Работа трансформатора основана на магнитном свойстве электрического тока При подключении концов первичной обмотки к электросети по этой обмотке протекает переменный ток, который создает вокруг ее витков и в сердечнике трансформатора переменное магнитное поле Пронизывая витки вторичной обмотки, переменное магнитное поле индуцирует в них ЭДС Соотношение количества витков первичной и вторичной обмоток определяет получаемое напряжение на выходе трансформатора Если количество витков вторичной обмотки больше, чем первичной, выходное напряжение трансформатора будет больше напряжения сети Такая обмотка называется повышающей Если же вторичная обмотка содержит меньше витков, чем первичная, выходное напряжение окажется меньше сетевого (понижающая обмотка)

Трансформатор – это пассивный преобразователь энергии Его коэффициент полезного действия (КПД) всегда меньше единицы Это означает, что мощность, потребляемая нагрузкой, которая подключена к вторичной обмотке трансформатора, меньше, чем мощность, потребляемая нагруженным трансформатором от сети Известно, что мощность равна произведению силы тока на напряжение, следовательно, в повышающих обмотках сила тока меньше, а в понижающих – больше силы тока, потребляемого трансформатором от сети

Параметры и характеристики трансформатора

Два разных трансформатора при одинаковом напряжении сети могут быть рассчитаны на получение одинаковых напряжений вторичных обмоток Но если нагрузка первого трансформатора потребляет большой ток, а второго – маленький, значит, первый трансформатор характеризуется по сравнению со вторым большей мощностью Чем больше сила тока в обмотках трансформатора, тем больше и магнитный поток в его сердечнике, поэтому сердечник должен быть толще Кроме того, чем больше сила тока в обмотке, тем более толстым проводом она должна быть намотана, а это требует увеличения окна сердечника Поэтому габариты трансформатора зависят от его мощности И наоборот, сердечник определенного размера пригоден для изготовления трансформатора только до определенной мощности, которая называется габаритной мощностью трансформатора

Количество витков вторичной обмотки трансформатора определяет напряжение на ее выводах Но это напряжение зависит также и от количества витков первичной обмотки При определенном значении напряжения питания первичной обмотки напряжение вторичной зависит от отношения количества витков вторичной обмотки к количеству витков первичной Это отношение и называется коэффициентом трансформации

Если напряжение на вторичной обмотке зависит от коэффициента трансформации, можно ли выбирать количество витков одной из обмоток, например первичной, произвольно Оказывается, нельзя Дело в том, что чем меньше габариты сердечника, тем больше должно быть количество витков каждой обмотки Поэтому размеру сердечника трансформатора соответствует вполне определенное количество витков его обмоток, приходящееся на один вольт напряжения, меньше которого брать нельзя Эта характеристика называется количеством витков на один вольт

Как и всякий преобразователь энергии, трансформатор обладает коэффициентом полезного действия – отношением мощности, потребляемой нагрузкой трансформатора, к мощности, которую нагруженный трансформатор потребляет от сети

КПД маломощных трансформаторов, которые обычно применяются для питания бытовой электронной аппаратуры, колеблется в пределах от 0,8 до 0,95 Более высокие значения имеют трансформаторы большей мощности

Электрический расчет трансформатора

Прежде чем начать электрический расчет силового трансформатора, необходимо сформулировать требования, которым он должен удовлетворять Они и будут являться исходными данными для расчета Технические требования к трансформатору определяются также путем расчета, в результате которого определяются те напряжения и токи, которые должны быть обеспечены вторичными обмотками Поэтому перед расчетом трансформатора производится расчет выпрямителя для определения напряжений каждой из вторичных обмоток и потребляемых от этих обмоток токов Если же напряжения и токи каждой из обмоток трансформатора уже известны, то они и являются техническими требованиями к трансформатору

Для определения габаритной мощности трансформатора необходимо определить мощности, потребляемые от каждой вторичной обмотки, и сложить их, учитывая также КПД трансформатора Мощность, потребляемую от любой обмотки, определяют умножением напряжения между выводами этой обмотки на силу потребляемого от нее тока:

где Р – мощность, потребляемая от обмотки, Вт

U – эффективное значение напряжения, снимаемого с этой обмотки, В

I – эффективное значение силы тока, протекающего в этой же обмотке, А

Суммарная мощность, потребляемая, например, тремя вторичными обмотками, вычисляется по формуле:

Для определения габаритной мощности трансформатора полученное значение суммарной мощности Ps нужно разделить на КПД трансформатора:

где Рг – габаритная мощность трансформатора

η – КПД трансформатора

Заранее рассчитать КПД трансформатора нельзя, так как для этого нужно знать величину потерь энергии в обмотках и в сердечнике, которые зависят от параметров самих обмоток (диаметры проводов и их длина) и параметров сердечника (длина магнитной силовой линии и марка стали) И те и другие параметры становятся известны только после расчета трансформатора Поэтому с достаточной для практического расчета точностью КПД трансформатора можно определить из табл 61

Таблица 61 Определение КПД трансформатора

Суммарная мощность, Вт

10-20

20-40

40-100

100-300

кпд

трансформатора

0,8

0,85

0,88

0,92

Допустим, что нужно рассчитать трансформатор, имеющий три вторичные обмотки со следующими исходными данными:

U, = 6,3 В I, = 1,5 А

U, = 12 В I, = 0,3 А

U3 = 120 ΒΊ3 = 59 мА

Находим суммарную мощность, потребляемую от вторичных обмоток:

Ps = Ιφφ + U,I, + U3I3 = 6,3 x 1,5 + 12 x 0,3 + 120 x 0,059 = 20,13 Вт

Обращаем внимание на то, что при расчете сила тока третьей обмотки, которая в исходных данных указана в миллиамперах, обязательно должна переводиться в амперы: 59 мА = 0,059 А

Из табл 61 находим КПД трансформатора η = 0,85 и определяем его габаритную мощность:

Наиболее распространены две формы сердечника: О-образная (рис, 62а) и Ш-образная (рис, 626) На сердечнике О-образной формы обычно располагаются две катушки, а на сердечнике Ш-образной формы – одна (рис, 63) Зная габаритную мощность трансформатора, находят сечение рабочего керна его сердечника, на котором находится катушка:

Сечением рабочего керна сердечника, как показано на рис, 62, является произведение ширины рабочего керна а и толщины пакета с Размеры а и с выражены в сантиметрах, а сечение – в квадратных сантиметрах

Рис 62 Формы сердечника трансформатора

Рис 63 Расположение катушек на сердечнике

После этого выбирают тип пластин трансформаторной стали и определяют толщину пакета сердечника Сначала находят приблизительную ширину рабочего керна сердечника по формуле:

Затем по полученному значению а производят выбор типа пластин трансформаторной стали из числа имеющихся в наличии и находят фактическую ширину рабочего керна а, после чего определяют толщину пакета сердечника с:

Количество витков, приходящихся на 1 вольт напряжения, определяется сечением рабочего керна сердечника трансформатора по формуле:

где η – количество витков на 1 В

к – коэффициент, определяемый свойствами сердечника

S – сечение рабочего керна сердечника, см2

Из приведенной формулы видно, что чем меньше коэффициент к, тем меньше витков будут иметь все обмотки трансформатора Однако произвольно выбирать коэффициент к нельзя Его значение обычно лежит в пределах от 35 до 60 В первую очередь оно зависит от свойств пластин трансформаторной стали, из которых собран сердечник Для сердечников С-образной формы, витых из тонкой ленты, можно брать к = 35 Если используется сердечник О-образной формы, собранный из П- или Г-образных пластин без отверстий по углам, берут к = 40 Такое же значение к и для пластин типа УШ, у которых ширина боковых кернов больше половины ширины среднего керна Если используются пластины типа Ш без отверстий по углам, у которых ширина среднего керна ровно вдвое больше ширины средних кернов, целесообразно взять к = 45, а если Ш-образные пластины имеют отверстия, то к = 50 Наконец, коэффициент к берется равным 60 при использовании Ш-образных пластин толщиной 0,5 мм с отверстиями, в то время как меньшие значения к соответствуют толщине пластин 0,35 мм Следует заметить, что выбор к в значительной мере условен и им можно в некоторых пределах варьировать, если учесть, что уменьшение к облегчает намотку, но ужесточает режим трансформатора При применении пластин из высококачественной трансформаторной стали этот коэффициент можно немного уменьшать, а при низком качестве стали приходится его увеличивать

Зная необходимое напряжение каждой обмотки и количество витков на 1 В, легко определить количество витков обмотки, перемножив эти величины:

Такое соотношение справедливо только для первичной обмотки, а при определении количества витков вторичных обмоток нужно дополнительно вводить приближенную поправку для учета падения напряжения на самой обмотке от протекающего по ее проводу тока нагрузки:

Коэффициент ш зависит от силы тока, протекающего по данной обмотке (см табл 62)

Если сила тока меньше 0,2 А, можно принимать ш = Е

Толщина провода, которым наматывается обмотка трансформатора, определяется силой тока, протекающего по этой обмотке Чем больше ток, тем толще должен быть провод, подобно тому как для

Сила тока вторичной обмотки, А

0,2-0,5

0,5-1,0

1,0-2,00

2,0-4,0

m

1,02

1,03

1,04

1,06

увеличения потока воды требуется использовать более толстую трубу Дело в том, что от толщины провода зависит сопротивление обмотки Чем тоньше провод, тем больше сопротивление обмотки, следовательно, увеличивается выделяемая на ней мощность и она сильнее нагревается Для каждого типа обмоточного провода существует предел допустимого нагрева, который зависит от свойств эмалевой изоляции Поэтому диаметр провода может быть определен по формуле:

d = pVf,

где d – диаметр провода по меди, мм

I – сила тока в обмотке, А

р – коэффициент (табл 63), который учитывает допустимый нагрев той или иной марки провода

Таблица 63 Выбор диаметра провода

М арка провода

ПЭЛ

ПЭВ-1

ПЭВ-2

ПЭТ

Р

0,8

0,72

0,69

0,65

Выбрав коэффициент р, можно определить диаметр провода каждой обмотки Найденное значение диаметра округляют до большего стандартного

Сила тока в первичной обмотке определяется с учетом габаритной мощности трансформатора и напряжения сети:

Пример электрического расчета

Произведем расчет трансформатора по тем исходным данным, которые были приведены ранее

Находим сечение сердечника трансформатора:

Находим приближенное значение ширины рабочего керна:

Выбираем пластины трансформатора типа Ш-19, для которых а = 1,9 см, и находим толщину пакета:

Фактически полученное сечение рабочего керна сердечника:

Определяем коэффициент к Допустим, что используются пластины трансформаторной стали типа Ш-19 без отверстий по углам Тогда к = 45

Находим количество витков на 1 В:

Определяем количество витков первичной обмотки при питании от сети напряжением 127 В:

а также при питании от сети напряжением 220 В:

Определяем количество витков дополнительной секции первичной обмотки, которую необходимо подключить к обмотке, рассчитанной на 127 В, для питания напряжением 220 В:

Находим из табл 62 коэффициент ш для каждой из вторичных обмоток:

при ф = 1,5 А пр = 1,04

при 12 = 0,3 А ш2 = 1,02

при 13 = 0,059 А ш3 = 1,00

Определяем количество витков каждой из вторичных обмоток с округлением до ближайшего целого числа:

Находим силу тока в первичной обмотке при питании от сети напряжением 127 В:

то же при напряжении сети 220 В:

Находим диаметр провода первичной обмотки для секции, рассчитанной на напряжение 127 В при использовании провода марки ПЭВ-1 (коэффициент р = 0,72 берем из табл 63):

то же для секции на 220 В:

Находим диаметры проводов вторичных обмоток

Для этого составляем схему трансформатора (рис, 64) и таблицу намоточных данных (табл 64), где диаметры проводов по меди выбраны из ближайших больших стандартных значений, а диаметры проводов в изо ляции взяты на 10% больше, чем диаметры проводов по меди

Таблица 64 Намоточные данные трансформатора

Нем ера вы водов

Количество витков, W

Диаметр провода по меди, d, мм

Диаметр провода по изоляции, мм

1-2

970

СО

О

t

СО

О

2-3

710

0,25

0,275

4-5

50

0,9

0,99

6-7

94

0,41

0,45

8-9

917

0,18

0,2

Конструктивный расчет трансформатора

Окно сердечника, предназначенное для размещения катушки с обмотками, имеет размеры, соответствующие толщине катушки b и ее ширине h (рис, 62) Однако не вся площадь окна может быть занята обмотками, необходимо оставить место и для каркаса катушки Кроме того, обмотки нельзя наматывать вплотную к щечкам каркаса, так как это иногда приводит к «проваливанию» витков верхних слоев намотки в пространство, занятое нижними слоями, в результате чего может возникнуть пробой между витками, появятся короткозамкнутые витки и во время работы трансформатора его обмотки сгорят Поэтому в зависимости от конструкции каркаса и толщины материала, из которого он будет изготовлен, а также с учетом расстояния между щечкой каркаса и началом намотки каждого слоя выбираются эффективные размеры окна Ьэ и h

Обмотки трансформатора наматываются рядовой намоткой виток к витку с прокладками между слоями для обеспечения электрической изоляции одного слоя по отношению к соседнему, иначе возникнет пробой между витками обмоток Ведь между началом одного слоя и концом следующего, которые оказываются расположенными один под другим, действует значительное напряжение, соответствующее количеству витков двух слоев намотки и многократно превышающее допустимое напряжение для эмалевой изоляции Поэтому между слоями используются прокладки в виде одного слоя кабельной бумаги толщиной d, а между обмотками – три слоя такой же бумаги Иногда, если прочность электрической изоляции какой-либо обмотки нужно специально увеличить, между этой обмоткой и другими прокладывают дополнительно один или несколько слоев лакоткани

При определении толщины обмотки сначала нужно подсчитать количество витков W , которое можно намотать в одном слое Для этого эффективную ширину окна следует разделить на диаметр провода по изоляции:

Полученный результат округляют до ближайшего меньшего целого числа Затем находят количество слоев η , которое займет обмотка, разделив общее количество ее витков W на количество витков Wc одного слоя:

Полученное значение п,округляют до ближайшего большего целого числа, после чего определяют толщину обмотки t:

где (η – 1) – количество бумажных прокладок между слоями

Для определения толщины катушки нужно сложить значения толщины каждой обмотки и к результату прибавить толщину прокладок между обмотками:

где t, t, t и тд – толщина каждой обмотки d – толщина бумаги для прокладок η – количество обмоток

Полученная толщина катушки Т должна быть меньше, чем эффективный размер окна b Теоретически этого достаточно для вывода: катушка сможет разместиться в окне сердечника Однако на практике существуют некоторые факторы, которые трудно учесть в процессе инженерного расчета Одним из таких факторов является невозможность, а иногда просто неумение намотчика укладывать при намотке витки вплотную один к другому В результате уменьшается количество витков в слое относительно расчетного, а следовательно, увеличивается количество слоев, что ведет к увеличению фактической толщины катушки Кроме того, форма витка обычно не получается прямоугольной, а напоминает эллипс, что также приводит к увеличению толщины катушки Поэтому следует установить некоторый запас по толщине катушки Так, при ручной намотке и низкой квалификации намотчика полученное значение Т должно быть по крайней мере в 2 раза меньше, чем Ьэ Когда намотка производится на станке и квалификация намотчика достаточно высока, Т может быть в 1,2 раза меньше b Если такие соотношения не получаются, необходимо произвести перерасчет трансформатора, увеличив размер окна путем выбора другого типоразмера пластин или увеличив сечение рабочего керна за счет увеличения толщины пакета Это снизит количество витков на 1 В, уменьшится количество витков всех обмоток, и толщина катушки Т станет меньше

Пример конструктивного расчета

Произведем конструктивный расчет трансформатора, который должен следовать за электрическим расчетом, проведенным ранее

Для пластин трансформаторной стали типа Ш-19 размеры окна: b = 17 мм h = 46 мм

Допустим, что каркас катушки выполнен из гетинакса толщиной 0,5 мм Тогда эффективная ширина окна должна быть уменьшена на толщину каркаса, то есть Ьэ = 16,5 мм Эффективная ширина намотки может быть найдена, если из высоты окна h вычесть толщину двух щечек каркаса и двойное расстояние между щечками и крайними витками обмоток, которое можно принять равным 2 мм Тогда Ьэ = 41 мм

Выберем для прокладок между слоями и между обмотками бумагу толщиной d = ОД мм Найдем количество витков в слое для секции первичной обмотки, предназначенной для напряжении сети 127 В:

Находим количество слоев этой обмотки:  и ее толщину:

Количество витков в слое для дополнительной секции, рассчитанной на 220 В:

Количество слоев:

Толщина обмотки:

То же для вторичной обмотки № 1:

Для вторичной обмотки № 2:

Для вторичной обмотки № 3:

Находим толщину катушки трансформатора:

Определим запас размещения катушки в окне сердечника:

Полученный результат позволяет сделать вывод о том, что намотка может быть выполнена вручную при средней квалификации намотчика

Источник: Виноградов Ю А и др, Практическая радиоэлектроника-М: ДМК Пресс – 288 с: ил (В помощь радиолюбителю)

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

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

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

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

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

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

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

Какие основные потери происходят в сердечнике трансформатора?

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

Понимание концепции потери трансформатора

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

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

Какие потери в трансформаторах?

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

  1. Переменная потеря
  2. Постоянная потеря

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

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

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

  1. Гистерезис потери
  2. Потери на вихревые токи

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

Классификация потерь трансформатора

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

Известно уравнением:

I 2 R

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

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

Как уменьшить потери в меди в трансформаторе?

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

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

Каковы потери в сердечнике трансформатора?

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

Это потери, возникающие в сердечнике трансформатора, когда он подвергается переменным изменениям магнитного потока под воздействием материала. Что означает , что приводит к падению коэффициента преобразования энергии, ухудшающему производительность и эффективность .

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

Гистерезис потери

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

Потери на гистерезис

Вот формула для расчета

P h = KƞB 1,6 fV в ваттах

Где «» — постоянная величина, зависит от материала магнитопровода.’

f ‘ — частота в Герцах.

B ‘ — самая высокая плотность потока.

V ‘ — объем материала.

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

Кремниевая сталь

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

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

Кривая ЧД изменяется при изменении домена в направлении магнитного поля.

Потери на вихревые токи

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

Вот формула для расчета

P e = K e B 2 f 2 t 2 В в ваттах

, где « K e » — постоянный коэффициент.

f ‘ — частота в Герцах.

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

«Т » — толщина ламинированного материала в метрах.

«V » — объем материала в кубических метрах.

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

Они сделаны из электропроводящего материала, так как по нему циркулирует ЭДС. Они возникают, когда проводник испытывает изменяющееся магнитное поле. Хотя такие токи мало подходят для удовлетворения магнитного материала, известного как потери на вихревые токи, они создают потери (потери I 2 R).

Потери на вихревые токи

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

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

При изготовлении тонких пластин потери на вихревые токи уменьшаются.

Для уменьшения вихревых токов используется многослойная сталь.

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

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

Где я могу узнать больше о таких магнитопроводах?

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

Подробнее: Продукция с магнитным сердечником Nicore

Факторы электрических потерь

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

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

Формула наилучшего расчета

Коэффициент нагрузки в представленном методе определяется формулой:

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

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

P = XX * OC h * K 2 * LF

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

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

EI Core testing для Hystersis Loss

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

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

Полное сопротивление трансформатора в процентах и ​​его расчет

Что такое импеданс в процентах?

Сопротивление трансформатора в процентах указано на большинстве паспортных табличек, но что это такое и что означает цифра Z%?

Импеданс трансформатора — это полное сопротивление переменному току. Это можно рассчитать для каждой обмотки.

Однако довольно простой тест обеспечивает практический метод измерения эквивалентного импеданса трансформатора без разделения импеданса обмоток.

Под импедансом трансформатора подразумевается эквивалентное сопротивление .

Определение

Импеданс трансформатора в процентах — это падение напряжения при полной нагрузке из-за сопротивления обмотки и реактивного сопротивления утечки, выраженное в процентах от номинального напряжения.




Это также процент от нормального напряжения на клеммах, необходимого для циркуляции тока полной нагрузки в условиях короткого замыкания.

Другими словами, импеданс трансформатора в процентах — это процент номинального напряжения, приложенного к одной стороне (первичной обмотке) для передачи номинального тока по трансформатору, сохраняя его другую сторону (вторичную обмотку) в условиях короткого замыкания.

Указывается в процентах на паспортной табличке силовых трансформаторов каждой электрической подстанции.

Процентное сопротивление на паспортной табличке трансформатора 11кВ / 415В

Объяснение процентного импеданса

Если мы подаем номинальное напряжение на первичную обмотку трансформатора, сохраняя его вторичную обмотку короткозамкнутой , тогда величина ток на обеих обмотках будет чрезвычайно большим по сравнению с номинальным током.

Процентное сопротивление схемы подключения трансформатора

Этот ток называется током короткого замыкания , и его величина очень высока из-за нулевого импеданса нагрузки (вторичная обмотка закорочена).

Теперь, если мы уменьшим приложенное напряжение на первичной обмотке трансформатора, то есть приложим процент от номинального напряжения в первичной обмотке трансформатора, ток на обеих обмотках также уменьшится.

При определенном проценте номинального напряжения номинальный ток будет течь по обмоткам трансформатора. Этот процент номинального напряжения на одной стороне трансформатора, который обеспечивает циркуляцию номинального тока по обмоткам трансформатора, сохраняя при этом короткозамкнутую обмотку другой стороны, называется импедансом процентов трансформатора .

Расчет импеданса в процентах

Для определения эквивалентного импеданса одна обмотка трансформатора закорачивается. К другой обмотке приложено напряжение, достаточное для создания тока полной нагрузки, протекающего по короткозамкнутой обмотке.

Это напряжение называется импедансным напряжением.

Импеданс в процентах при испытании трансформатора

Любая обмотка может быть замкнута накоротко для этого испытания, но обычно удобнее закоротить обмотку низкого напряжения.

На паспортной табличке трансформатора указано значение импеданса в процентах. Это означает, что падение напряжения из-за импеданса выражается в процентах от номинального напряжения.

Подробнее здесь: Как проверить процентное сопротивление трансформатора?

Пример расчета

Например, если трансформатор на 2400/240 В имеет измеренное импедансное напряжение 72 В на обмотках высокого напряжения, его полное сопротивление (Z), выраженное в процентах, составляет:

Z% = (Импедансное напряжение / номинальное напряжение) x 100

процентов Z = (72/2400) * 100 = 3 процента

Это означает, что на высоковольтной обмотке при полной нагрузке произойдет падение на 72 В из-за потери в обмотках и сердечнике.Только 1-2% потерь происходят из-за сердечника; около 98% связано с сопротивлением обмотки.

Если бы трансформатор не работал при полной нагрузке, падение напряжения было бы меньше. Если для стороны высокого напряжения требуется фактическое значение импеданса в омах (закон Ома):

Z = V / I

, где V — падение напряжения или, в данном случае, 72 вольта; I — ток полной нагрузки в первичной обмотке.

Если ток полной нагрузки составляет 10 ампер:

Z = 72 В / 10 А = 7.2 Ом

Конечно, нужно помнить, что импеданс — это комбинация резистивной и реактивной составляющих.

Изменение значения импеданса в процентах

Наиболее экономичное расположение сердечника и обмоток приводит к «естественному» значению импеданса, определяемому потоком рассеяния .

Поток рассеяния является функцией ампер-витков обмотки, а также площади и длины пути потока рассеяния.

Их можно изменить на этапе проектирования, изменив вольты на виток и геометрическое соотношение обмоток.

Влияние более высокого и низкого процентных сопротивлений

Процентное сопротивление трансформатора имеет большое влияние на уровней неисправности системы . Он определяет максимальное значение тока, который будет протекать в условиях неисправности.

Легко рассчитать максимальный ток, который трансформатор может выдать в условиях симметричного повреждения.

В качестве примера рассмотрим трансформатор 2 МВА с импедансом 5%. Максимальный уровень повреждения, доступный на вторичной стороне, составляет:

2 МВА x 100/5 = 40 МВА

, и по этой цифре можно рассчитать эквивалентные первичные и вторичные токи короткого замыкания.

Роль процентного импеданса в расчетах короткого замыкания

Процентное сопротивление трансформатора играет чрезвычайно важную роль в расчетах сети, т.е.

  • Расчет короткого замыкания
  • Расчет падения напряжения.

Как мы обсуждали в предыдущем разделе, когда мы прикладываем номинальное напряжение к первичной обмотке трансформатора, вторичная обмотка которого закорочена, ток короткого замыкания протекает по обмоткам трансформатора.

Значение тока короткого замыкания составляет,

I sc = I номинальное × 100 / Z%

Значение импеданса в процентах одинаково для обеих обмоток, поскольку оно представляет собой процент от номинального напряжения. . Однако значение номинального тока будет различным для первичной и вторичной обмоток. Соответственно, значение тока короткого замыкания также будет различным для первичной и вторичной обмоток.

Меньшее процентное сопротивление имеет как положительные, так и отрицательные эффекты.

  1. Если Z% трансформатора меньше, ток короткого замыкания будет больше, что вызовет на большее напряжение в изоляции . Это отрицательный фактор .
  2. С другой стороны, это уменьшит падение напряжения в обмотке трансформатора. Это будет способствовать лучшему регулированию напряжения . Это положительный фактор .

Следовательно, процентное сопротивление трансформатора должно быть точно выбрано, чтобы поддерживать надлежащий баланс между уровнем неисправности и регулированием напряжения.

Роль процентного сопротивления при параллельной работе трансформаторов

Процентное сопротивление играет важную роль при параллельной работе трансформаторов.

Если отношение номинальной мощности кВА к процентному сопротивлению двух параллельно работающих трансформаторов одинаково, они будут иметь одинаковую нагрузку. Однако, если соотношение другое, они будут разделять неравную нагрузку. Это может привести к перегреву одного трансформатора.

Допуск в Z% трансформатора

Полное сопротивление трансформатора в процентах указывается при заказе.Но следует отметить, что IEC 60076 допускает допуск + 1-10% в процентном сопротивлении на стороне производителя.

Пример : Если мы заказываем трансформатор с импедансом 8%, его фактический Z% после изготовления может иметь любое значение от 7,2% (-10% от 8) до 8,8% (+ 10% от 8), если только это не специально согласовывается с производителем во время заказа.

Допуск импеданса в процентах должен учитываться при расчетах энергосистемы и, соответственно, должны быть окончательно согласованы уровень неисправности системы и регулирование напряжения.

Ссылка: IEEE C57.112.10

Magnetics — Расчет потерь в сердечнике

В статье ниже представлен пошаговый метод расчета потерь, создаваемых порошковыми сердечниками при определенных условиях. Чтобы сравнить характеристики сердечника всех пяти материалов порошкового сердечника Magnetics, загрузите наш инструмент Curve Fit Equation или просмотрите наш список расчетов порошкового сердечника.

Потери в сердечнике возникают из-за изменения поля магнитного потока внутри материала, поскольку ни один из магнитных материалов не демонстрирует идеально эффективный магнитный отклик.Плотность потерь в сердечнике (PL) является функцией половины колебаний потока переменного тока (½ B = Bpk) и частоты (f). Его можно приблизительно рассчитать по диаграммам потерь в сердечнике или уравнению потерь при аппроксимации кривой:

, где a, b, c — константы, определенные при подборе кривой, а B pk определяется как половина размаха потока переменного тока:

Обычно используются следующие единицы измерения: (мВт / см3) для PL, Тесла (T) для Bpk и (кГц) для f. Задача расчета потерь в сердечнике — определить Bpk из известных проектных параметров.

Метод 1 — Определите B

pk по кривой намагничивания постоянного тока. B pk = f (H)

Плотность магнитного потока (B) является нелинейной функцией намагничивающего поля (H), которое, в свою очередь, является функцией числа витков намотки (N), тока (I) и длины магнитного пути (le). Значение Bpk обычно можно определить, сначала вычислив H для каждого экстремума переменного тока:

Обычно используются единицы измерения (А • Т / см) для H.

Из H AC max , H AC min и кривой или уравнением BH (указано как намагничивание постоянного тока в Каталоге порошковых сердечников Magnetics, стр.47-50), B AC max , B AC min и, следовательно, B pk .

Пример 1 — Переменный ток составляет 10% от постоянного тока:

Приблизительные потери в сердечнике катушки индуктивности с 20 витками, намотанными на Kool Mμ p / n 77894A7 (60μ, le = 6,35 см, Ae = 0,654 см 2 , AL = 75 нГн / T 2 ). Ток в катушке индуктивности составляет 20 А постоянного тока с пульсацией 2 А в пике на частоте 100 кГц.

1.) Вычислите H и определите B по кривой BH или уравнению аппроксимации кривой:

2.) Определите плотность потерь в сердечнике по диаграмме или рассчитайте по уравнению потерь:

3.) Рассчитайте потери в сердечнике:

Пример 2 — переменный ток составляет 40% постоянного тока:

Приблизительно потери в сердечнике для той же 20-витковой катушки индуктивности, с тем же током катушки индуктивности 20 А постоянного тока, но пиковой пульсацией 8 А на частоте 100 кГц.

1.) Рассчитайте H и определите B из уравнения аппроксимации кривой BH:

2.) Определите плотность потерь в сердечнике по диаграмме или рассчитайте по уравнению потерь:

3.) Рассчитайте потери в сердечнике:

Пример 3 — чистый переменный ток, без постоянного тока:

Приблизительно потери в сердечнике для той же 20-витковой катушки индуктивности, теперь с 0 ампер постоянного тока и 8 ампер в пике на частоте 100 кГц.

1.) Рассчитайте H и определите B из уравнения аппроксимации кривой BH:

2.) Определите плотность потерь в сердечнике по диаграмме или рассчитайте по уравнению потерь:

3.) Рассчитайте потери в сердечнике:

Ниже показаны рабочие диапазоны для каждого из трех примеров.

Обратите внимание на значительное влияние смещения постоянного тока на потери в сердечнике, сравнивая Пример 3 с Примером 2. Более низкая проницаемость приводит к меньшему Bpk, даже если текущая пульсация такая же. Этот эффект может быть достигнут с помощью смещения постоянного тока или путем выбора материала с более низкой проницаемостью.

Метод 2, для малых ▲ H, приблизительное значение B

pk от действующего допуска при смещении постоянного тока. B pk = f (μ e , ▲ H)

Мгновенный наклон кривой BH определяется как абсолютная проницаемость, которая является произведением проницаемости свободного пространства (μ 0 = 4π x10 -7 ) и проницаемости материала (μ), которая изменяется вдоль BH. изгиб. Для небольшого переменного тока этот наклон можно смоделировать как постоянную величину при возбуждении переменным током, при этом μ приближается к эффективному разрешению при смещении постоянного тока (μ e ):

Эффективная разрешенная способность при смещении постоянного тока обычно выражается в процентах от начальной допускаемой мощности и может быть получена из кривой смещения постоянного тока или уравнения аппроксимации кривой:

▲ H умножается на 100, потому что l e выражается в см, а единицы B pk включают m.

Пример переделки 1 (20 А постоянного тока, 2 А пик-пик)

Пример переделки 2 (20 А постоянного тока, 8 Ампер пик-пик)

Пример переделки 3 (0 ампер постоянного тока, 8 ампер пик-пик)

Метод 3, для малых ▲ H, определить B

pk по смещенной индуктивности. B pk = f (L, I)

B можно переписать в терминах индуктивности, учитывая уравнение Фарадея и его влияние на ток катушки индуктивности:

Где L изменяется нелинейно с I.Для небольшого переменного тока значение L можно считать постоянным на протяжении всего периода возбуждения переменного тока, и оно аппроксимируется смещенной индуктивностью (L DC ).

Другой способ взглянуть на это — переписать отношения между B и L как:

Замена (dH / dI) на (N / l e ) и A на A e :

Где L изменяется нелинейно с H. Для небольшого переменного тока наклон кривой BH предполагается постоянным из-за возбуждения переменного тока, а L аппроксимируется смещенной индуктивностью (L DC ).

Пример переделки 1 :

Пример переделки 2:

Пример переделки 3:

График ниже иллюстрирует разницу между методом 1 и методом 2:

Загрузите и просмотрите расчет потерь порошкового керна в файле PDF

Как определить КПД трансформатора?

Трансформаторы образуют важнейшее соединение между системами питания и нагрузкой.КПД трансформатора напрямую влияет на его характеристики и старение. КПД трансформатора в целом находится в диапазоне 95 — 99%. Для больших силовых трансформаторов с небольшими потерями КПД может достигать 99,7%.

Измерения на входе и выходе трансформатора не выполняются в условиях нагрузки, так как показания ваттметра обязательно имеют погрешность от 1 до 2 процентов. Таким образом, с целью оценки эффективности, проверки OC и SC используются для расчета номинальных потерь в сердечнике и обмотке трансформатора.

Потери в сердечнике зависят от номинального напряжения трансформатора, а потери в меди зависят от токов в первичной и вторичной обмотках трансформатора. Следовательно, эффективность трансформатора имеет особое значение для его работы в условиях постоянной частоты и напряжения. Повышение температуры трансформатора из-за выделяемого тепла влияет на срок службы трансформаторного масла и определяет тип выбранного метода охлаждения. Повышение температуры ограничивает номинальные характеристики оборудования.

Как определить КПД трансформатора?

Прежде чем говорить о важных фактах о трансформаторах, мы должны сначала объяснить эффективность трансформатора. По сути, любой трансформатор на земле имеет входную и выходную мощность. Мы понимаем, что выходная мощность практически меньше входной из-за потерь мощности трансформаторов.

Следовательно, эффективность может быть определена как соотношение между выходной мощностью и входной мощностью, что очевидно из следующих уравнений:

мы можем представить эффективность как

\ eta = (\ frac {Output ~ power} {Input ~ power}) \ times100

, что подразумевает

\ eta = (\ frac {Output ~ power} {Output ~ power + Loses}) \ times100

Потери обычно включают потери в меди в обмотках + потери в стали + диэлектрические потери + паразитные потери нагрузки,

\ eta = (\ frac {Выходная мощность} {Выходная мощность + Железные потери + Медные потери + Диэлектрические потери + Параллельные потери нагрузки ~}) \ times100

Кроме того, это может быть представлено как

\ eta = (\ frac {Вход ~ мощность- Железо ~ потери-Медь ~ потери-Диэлектрические ~ потери-Блуждающие ~ нагрузка ~ потери} {Вход ~ мощность}) \ times100

\ eta = 1 — (\ frac {Железные ~ потери + Медные ~ потери + Диэлектрические ~ потери + Блуждающие ~ потери ~ нагрузки} {Входная ~ мощность}) \ times100

Таким образом, КПД трансформатора можно получить из любого упомянутого уравнения выше согласно предоставленным данным.2

Где k h и k e — константы, B max — максимальная плотность магнитного поля, f — частота источника, а t — толщина сердечника. Степень n в гистерезисных потерях определяется как постоянная Штейнмеца, значение которой может составлять около 2.

Таким образом,

Общие потери в железе или в сердечнике (P_i) = Гистерезисные потери + Вихревой ток ~ потеря

Диэлектрические потери происходят внутри трансформаторного масла.Для трансформаторов низкого напряжения им можно пренебречь.

Поток утечки связан с металлическим каркасом, резервуаром и т. Д. Для генерации вихревых токов и присутствует вокруг трансформатора, поэтому определяется как паразитные потери и зависит от тока нагрузки и, таким образом, определяется как потеря паразитной нагрузки. . »Это можно описать последовательным сопротивлением реактивному сопротивлению утечки.

Эквивалентная схема трансформатора (Ссылка: lectric4u.com )

Основные факты

Здесь мы хотим упомянуть некоторые ценные факты об эффективности трансформатора.

Первый

Есть ли трансформатор с КПД 100%?

Идеальный трансформатор имеет КПД 100%. В этих трансформаторах входная мощность эквивалентна выходной мощности. Тем не менее, этот трансформатор на самом деле невозможен. Это только случай научных и теоретических исследований.

Второй

Почему мы исследуем и изучаем КПД трансформатора?

На самом деле, тысячи, но миллионы ученых во всем мире каждый день повторяют уравнения эффективности трансформаторов, но не имеют реального представления о цели их изучения и исследования.

Фактически, мы анализируем и интерпретируем КПД трансформатора, чтобы определить производительность трансформатора, которая, конечно же, проявляется с экономической точки зрения.

И все мы знаем, что чем выше КПД трансформатора, тем меньше потери мощности в трансформаторе, затраты на периодическое обслуживание трансформатора и затраты трансформатора на потребление энергии.

Третий

Влияет ли нагрузка на трансформатор на КПД трансформатора?

Это предполагает, что КПД может изменяться в зависимости от нагрузки трансформатора.

Во многих эссе выражается расчет КПД трансформатора, но не указывается, что трансформатор более чем КПД и где возникают разногласия.

И здесь возникает необходимый вопрос: является ли коэффициент полезного действия трансформатора постоянным или переменным?

Давайте интерпретируем это уравнениями, поскольку это лучшее доказательство, чтобы ответить на этот вопрос.

Изучая потери в трансформаторе, мы находим два вида потерь: потери в меди и потери в стали.

Предположим, трансформатор имеет мощность 1000 кВА, а потери в стали составляют 1,2 кВА. В случае отсутствия нагрузки значение потерь в меди равно нулю.

Помещая переменные в упомянутые уравнения, мы получаем

\ eta = (\ frac {input ~ power-iron ~ loss-med ~ loss} {input ~ power}) \ times100

\ eta = (\ frac {1000-1.2-0} {1000}) \ times100 = 99,88 \%

В условиях нагрузки потери в меди имеют значение, допустим, 10 кВА.

Следовательно,

\ eta = (\ frac {1000-1.2-10} {1000}) \ times100 = 98.88 \%

Соответственно, чем выше нагрузка, тем выше потери в меди и тем ниже КПД. .

Учитывая этот факт, мы можем сделать вывод о максимальном КПД, который может достичь трансформатор.

Итак, мы можем определить уравнение максимального КПД трансформатора:

Предположим, что (X) является долей полной нагрузки, тогда компенсация в уравнении КПД дает:

X \ eta = (\ frac {Xoutput ~ power} {Xoutput ~ power + Xiron ~ loss + Xcopper ~ loss}) \ times100

Потери в меди меняются в зависимости от нагрузки трансформатора.

Кроме того, КПД будет максимальным, если знаменатель, касающийся изменчивых потерь в меди, равен нулю.

Можно предположить, что максимальная эффективность будет достигнута, если потери в меди (P c ) эквивалентны потерям в стали (P i ).

Итак,

\ eta_ {max} = (\ frac {output ~ power} {output ~ power + P_i + P_c}) \ times100 \%

P_c = P_i

При условии максимальной эффективности,

\ eta_ {max} = \ frac {output ~ power} {output ~ power + 2P_i} \ times100 \%

Кроме того, потери в меди составляют:

P_C = x2P_C

, где P c — копер полной нагрузки убытки.

В условии максимальной эффективности имеем:

P_i = X2 \ times P_c

X = \ sqrt {\ frac {P_i} {P_c}}

Следовательно,

\ eta_ {max} = X \ раз ~ полная нагрузка ~ кВА

\ eta_ {max} = \ sqrt {\ frac {P_i} {P_c}} \ раз ~ полная ~ нагрузка ~ кВА

Четвертый

Коэффициент мощности нагрузка влияет на КПД трансформатора?

Неоднократно мы будем объяснять цифрами, поскольку это лучшее доказательство для подтверждения фактов:

  • Предположим, имеется трансформатор мощностью 100 кВА и потери в стали равны 0.2 кВА, а во вторичной обмотке ток 8 ампер с коэффициентом мощности запаздывания 0,8, следующий:

Медные потери = V2 \ умножить на I2 \ раз Cos \ Phi = 220 \ раз 8 \ раз 0,8 = 1,41 ~ КВА

\ eta = (\ frac {вход ~ мощность-железо ~ потери-медь ~ потери} {вход ~ мощность}) \ times 100 \%

\ eta = \ frac {100-0.2-1.41} {100 } \ times100 \% = 98,39 \%

Для идентичного трансформатора и идентичной нагрузки, но во вторичной катушке, ток составляет 8 ампер с коэффициентом мощности с запаздыванием 0,6, имеем:

(P_c) ~ Coper ~ потери = V2 \ times I2 \ times Cos \ Phi = 220 \ times 8 \ times 0.6 = 1,06 ~ кВА

\ eta = (\ frac {вход ~ мощность-железо ~ потери-медь ~ потери} {вход ~ мощность}) \ times 100 \%

\ eta = \ frac {100-0,2-1,06 } {100} \ times100 \% = 98,47 \%

Следовательно, чем больше коэффициент мощности нагрузки, тем меньше КПД при постоянной нагрузке.

Пятый

Эффективность трансформатора оценивается и проверяется только мгновенно?

Выявив вышеупомянутые факты, мы можем признать, что КПД трансформатора постоянно меняется, но будет ли КПД проверяться и регистрироваться каждую минуту, час, день или месяц?

Как мы описали ранее, этот КПД зависит от различных факторов.Самое главное, загрузка и загрузка не закреплены; мы должны проводить комплексное исследование каждый час, чтобы создавать ежедневный отчет для анализа эффективности трансформатора.

Но как измеряется КПД трансформатора в течение дня? Ответ искренен и заключается в следующих уравнениях:

\ eta = (\ frac {input ~ power-iron ~ loss-med ~ loss} {input ~ power}) \ times 100 \%

Обратите внимание, что потери в стали затвердевает в течение всего дня, и потери меди меняются в зависимости от условий нагрузки.

\ eta ~ (в течение ~ 24 ~ часов) = \ frac {(вход ~ мощность-железо ~ потери) — (\ Sigma ~ потери меди ~ ~ для ~ 24 ~ часов / 24)} {input ~ power} \ times 100 \%

Изменение КПД трансформатора в зависимости от тока нагрузки (Ссылка: electric4u.com )

Заключение

Мы подробно обсудили КПД трансформатора и способ его расчета. Мы также заявили о ее важности и о порядке ее определения на ежедневной основе. Тем не менее, чтобы лучше понять эффективность трансформатора, посмотрите это фантастическое видео.

Transformer Formula

Трансформатор — это электрическое устройство, которое позволяет увеличивать или уменьшать напряжение в электрической цепи переменного тока, поддерживая мощность.Мощность, которая поступает в оборудование, в случае идеального трансформатора равна мощности, получаемой на выходе. Реальные машины имеют небольшой процент потерь. Это устройство, которое преобразует переменную электрическую энергию определенного уровня напряжения в переменную энергию другого уровня напряжения на основе явления электромагнитной индукции. Он состоит из двух катушек из проводящего материала, намотанных на замкнутое ядро ​​из ферромагнитного материала, но электрически изолированных друг от друга.Единственная связь между катушками — это общий магнитный поток, установленный в сердечнике. Катушки называются первичными и вторичными в соответствии с входом или выходом рассматриваемой системы соответственно.

Значение мощности для электрической цепи — это значение напряжения, равное значению силы тока. Как и в случае с трансформатором, значение мощности первичной обмотки такое же, как и мощность вторичной обмотки:

входное напряжение первичной катушки * входной ток первичной катушки = выходное напряжение вторичной катушки * выходной ток вторичной катушки.

Уравнение записано

Мы также можем рассчитать выходное напряжение трансформатора, если мы знаем входное напряжение и количество витков (катушек) на первичной и вторичной катушках, используя приведенное ниже уравнение;

входное напряжение на первичной обмотке / выходное напряжение на вторичной обмотке = количество витков провода на первичной обмотке / количество витков провода на вторичной обмотке

Уравнение записано

имеем:

В p = входное напряжение первичной обмотки.

В с = входное напряжение на вторичной обмотке.

I p = входной ток первичной обмотки.

I с = входной ток вторичной обмотки.

n p = количество витков провода на первичной обмотке.

n s = количество витков провода на вторичной катушке.

Trasnformer Вопросы:

1) У нас есть трансформатор с током в первичной катушке 10 А и входным напряжением в первичной катушке 120 В, если напряжение на выходе вторичной катушки 50 В, рассчитайте ток на выходе вторичная обмотка.

Ответ: Поскольку мы хотим определить выходной ток во вторичной катушке, мы используем первое уравнение

, →,

= 2,4 * 10 А = 24 А.

I с = 24 А.

2) Имеем трансформатор с выходным током на вторичной катушке 30 А и входным током на первичной катушке 2000 витков 6 А, определяем количество витков на вторичной катушке.

Ответ: Мы будем использовать два уравнения: первое уравнение для определения выходного напряжения на вторичной катушке и второе уравнение для определения количества витков на вторичной катушке.

, →,

, →,

Замещающий,

n s = 400

Трансформаторы


Общая информация

Нет ничего лучше, чем найти подходящую интуитивно понятную модель для что-то. Интуиция настолько быстра, если вы можете удержаться от плохой интуиции.

Теоретические модели трансформера

На основе [2]

На вопросы о трансформаторах часто легче ответить, если вы рассматриваете эквивалентную схему «t».Вы теряете понятие изоляции с эквивалентом «t», но вы можете вернуть его притворяясь, что существует идеальный трансформер, связанный между «т» и нагрузка. Вы также можете указать коэффициент поворотов в идеальный трансформатор, если вы хотите, чтобы все значения были такими, как показано по первичному.

Пример «t» эквивалентной схемы

Вот эквивалентная схема «t» для звука 1: 1. разделительный трансформатор (рассчитан на нагрузку 300 Ом):

 ------ R1 --- L1 ----- + ---- L2 ---- R2 ------
  Первичный | Вторичный
  Сторона Lm Сторона
                             |
           ------------------ + ------------------
 

  • R1, R2 = сопротивление первичной и вторичной обмоток (медь).Обычно около 50 Ом. Не обязательно равны.
  • L1, L2 = первичная и вторичная индуктивности рассеяния. Около 5 мГн. Не обязательно равны.
  • Лм = взаимная индуктивность, около 2H.

Я назвал Lm взаимной индуктивностью, и это, наверное, не лучший термин, хотя думаю что в 1: 1 взаимная индуктивность примерно такая же как самоиндукция или шунтирующая индуктивность или индуктивность намагничивания или как бы это лучше не называлось.

Для упрощения вы можете объединить обе индуктивности рассеяния. в одну индуктивность по обе стороны от Lm.

Описание работы модели

Что ж, давайте предположим, что на первичной частоте 1,25 В среднеквадратического значения на частоте 1 кГц. и без нагрузки. Полные 1,25 В появляются на взаимной индуктивности. Таким образом, взаимная индуктивность составляет около 0,1 мА. Это ток, который вызывает магнитный поток в сердечнике. Через индуктивность рассеяния и первичную обмотку проходит 0,1 мА (0,995 мА). сопротивление тоже. Короче через сосредоточенную цепь первичной обмотки.

Теперь пусть будет нагрузка 300 Ом. Напряжение на взаимной индуктивности уменьшено очень мало (не нужно делать сложный анализ).Даже если закоротить вторичный, взаимный ток уменьшается только примерно в два раза.

В приведенной выше схеме аккуратно разделен ток на два пути. В реальном трансформаторе есть только 1 путь проводимости через каждую обмотку. не две, но эта модельная схема ведет себя как настоящая из-за эффект отмены.

Эффект компенсации магнитного потока

Но сколько тока проходит через первичную обмотку?
Ответ: 0,1 мА + 4,2 мА.Почему этот ток не увеличивает поток в сердечнике? Потому что ток во вторичной обмотке отменяет ее эффект. Энергия идет в нагрузку, а не в феррит, потому что два магнитных поля, противодействующие друг другу, нейтрализуются. Это принципиально то, что подразумевается под линейностью электромагнитных уравнений. Конечно в ближних полях обмоток это не так, что легко увидеть, просто нарисовав замкнутая кривая по окружности витков провода в одном месте. Направленный интеграл B-поля вокруг кривой должен быть равен пропорционально току внутри.Но в основной части поля делать отменить. Вы можете думать об этом как о вздрагивании, если хотите, но эффект холла зонд, вставленный в центр, будет показывать очень слабое поле из-за почти полная отмена. Интеграл от запасенной энергии в магнитном интеграл поля (B, точка H) по всему пространству будет намного меньше, чем интегральный для токов только в одной обмотке или в другой, но не в обеих одновременно.

Неизбежный намагничивающий поток присутствует в любом трансформатор, и первичный ток намагничивающего потока.Конечно, это ток проходит через индуктивность первичной обмотки и составляет +90 градусов по шкале WRT. напряжение и напрямую не потребляет никакой энергии. Однако этот ток вызывает потери в сопротивлении первичной обмотки. Величина магнитного потока определяется напряжением и частотой на первичной обмотке, а не током нагрузки (если есть).

Помните основную формулу трансформатора переменного тока: V = k f N Ac Bm, который говорит нам, какой поток присутствует для любого напряжения а частота? Это формула, используемая для определения Bmax, поэтому мы можем быть уверены сердечник трансформатора не слишком близок к насыщению, что приведет к еще больше потерь.Обратите внимание, что в формуле нет термина для тока нагрузки.

Ток короткого замыкания трансформатора

Только индуктивность рассеяния ограничивает ток во время короткого замыкания. Кажется, что ток через первичную обмотку ограничен сопротивление обмотки и сопротивление утечке при коротком замыкании вторичной обмотки.

Падение вторичного напряжения

Поле в сердечнике трансформатора фактически немного УМЕНЬШАЕТСЯ, когда трансформатор загружен. Это связано с тем, что эффективное первичное напряжение уменьшается на (первичный ток * сопротивление первичной обмотки):

Vs = IpRp + BA [омега] Np

куда:

  • B — р.м.с (непиковая) индукция
  • А — площадь поперечного сечения жилы
  • [омега] — это 2 [пи] ф, конечно
  • Np — количество витков.

Другие модели для трансформаторов

А что с изоляцией?

Настоящий трансформатор обеспечивает изоляцию между входом и выходом. Модель выше не показывает изоляцию, но ее достаточно для большая часть анализа. Где в модели нужна изоляция можно сделать вид, что между буквой «т» и нагрузка, как на картинке ниже:

 1: N идеальный трансформатор
            ------ R1 --- L1 ----- + ---- L2 ---- R2 ----- o o -----
   Первичный | 0 || Вторичный
   Сторона Lm 0 || 0 Сторона
                              | 0 ||
            ------------------ + ----------------- о о -----
 

Одна модель для идеального трансформатора с изоляцией

Эта модель отображает трансформаторы интуитивно, как мы их чаще всего думаем:

 -> Ip ----- R1 --- L1 --- + ---,, --- L2 ---- R2 ------ Is ->
   Первичный | О || / Среднее
   Сторона, Vp Lm O || O Сторона, Vs
                        | О || \
         --------------- + --- '' -----------------
            идеальное намагничивание
             трансформатор индуктивности
 
Lm — требуемая индуктивность намагничивания. 2).

Технические характеристики трансформатора

На основе [2]

Что касается того, как мы это решаем, в одном случае, который имеет большое значение мне мы указываем общие детали обмотки, диапазон для R1 и R2, максимальные значения для L1 + L2 || Lm (измерены от первичного с закороченной вторичной обмоткой) и L2 + L1 || Lm (измеряется от вторичная обмотка с замкнутой первичной), минимальные значения для L1 + Lm (измеряется от первичной обмотки при открытой вторичной) и L2 + Lm. Продавец может выбрать количество оборотов (одинаково для вторичного и первичный), проволока и начинает играть с пластинами (смесь из кремнистой стали и высоконикелевой стали).Тогда при входящем осмотре, мы все это измеряем. На данный момент у нас есть четыре измерения определение 3 вещей (L1, L2, Lm), поэтому, даже если соотношение витков составляет 1: 1, Я притворяюсь, что соотношение оборотов равно 1: n, что дает мне 4 переменных и четыре уравнения, и я решаю весь беспорядок.

Фаза

если ты сильно нагружайте трансформатор резистивной нагрузкой, чтобы потребляемый ток большой по сравнению с током холостого хода. Вы найдете токи и напряжения синфазны. Они должны перейти в фазу, потому что при сдвиге фазы 90 между током и напряжением нет передачи полезной мощности (в среднем за один цикл происходит).Как вам хорошо известно, электроэнергетические компании прилагают много усилий, чтобы поддерживать актуальность. и напряжение в фазе (следовательно, коэффициент мощности).

Верно, что наклон синусоиды как для тока, так и для напряжения равен максимум при нулевых переходах. Я вижу, как это в сочетании с V = LdI / dt кажется, что ток и напряжение должны быть не в фазе на 90. НО. Это происходит только с ненагруженным трансформатором, который выглядит как индуктор. Для резистивно нагруженного трансформатора вы уменьшите фазу угол уменьшается с увеличением нагрузки.Вам легко попробовать, сделайте это!

Причина этого в том, что мы действительно можем (просто) применить закон Ампера. по контуру, охватывающему половину каждой обмотки. В той ситуации, если вы рассмотрите Vprimary и d (N * Iprimary — I secondary) / dt вы придумаете ситуация, которую вы описали, где разница этих токов и напряжения сдвинуты по фазе на 90 градусов. НО, (N * Iprimary-Isecondary) намного меньше, чем Iprimary (порядок 1%) для сильно нагруженного трансформатора.В этой ситуации доминируют (самые большие) токи компонентов могут быть синфазными и обычно таковыми являются.

Например, возьмем ненагруженный трансформатор 1: 1, который потребляет 10 мА во включенном состоянии. загружен. Назовем этот ток I начальным. Смещение по фазе тока и напряжения на 90. Но если мы добавим 1 ампер к Iprimary одновременно добавляя 1 ампер к I вторичной в фазе с напряжением и друг друга (или 180 градусов в зависимости от полярности трансформатора соглашение), то d (Iprimary-Isecondary / 1) / dt не меняется, это все еще просто выгруженный текущий Iinitial.Однако, если мы посмотрим на полный первичный ток трансформатора, Iprimary + Iinitial = 1cos (wt) +. 01sin (wt), то он почти идеально совпадает по фазе при напряжении Vcos (wt)

Обратите внимание, что токи не обязательно должны совпадать по фазе, если мы загружаем трансформатор. выход с большим конденсатором или маленькой катушкой индуктивности, намного большие токи будут потока, но фаза первичного тока изменится соответственно.

Если входное напряжение и токи не совпадают по фазе на 90 градусов, нет. подается питание. Если входное и выходное напряжение на 90 градусов не совпадают по фазе, тогда все, о чем все узнали трансформаторы совершенно не так.2 * Rload. Вход мощность может быть рассчитана из Vp * Ip. Для идеального трансформатора эти два числа равны. Если между ними есть разность фаз, то это не может быть правдой. Булавка = Надуться! Not Pout = Pin * cos (theta).

Определения из учебников для идеальных трансформаторов:

 Vs = Vp * (Ns / Np)
Ip = Is * (Ns / Np)
Штифт = Надутый
 
Мне кажется совершенно очевидным, что разницы фаз быть не может. (по крайней мере, для идеального трансформатора).

Измерения трансформатора

На основе [2]

Измерение кривой B-H

Вы можете легко отобразить кривую B-H трансформатора на осциллографе, который может отображать X-Y всего с парой компонентов.Обогреватель трансформатор (Для тех, кто помнит вентили — или трубки, как местные жители скажем) используется в обратном направлении работает хорошо. Подайте на него 6,3 В переменного тока от другого аналогичный трансформатор.

R2 определяет ток в первичной обмотке (сила намагничивания) — он должен должен быть выбран, чтобы дать пару вольт для оси X дисплея — несколько Ом.

R1 и C1 действуют как грубый интегратор, поскольку напряжение на вторичный из трансформатор пропорционален скорости изменения магнитного поля а не само поле.Выберите R1, чтобы получить незначительную нагрузку на трансформатор. (это может быть 100 K) и C1 так, чтобы напряжение на нем было менее 5% от напряжения на вторичный трансформатора.

 R1
-------- ---- / \ / \ / \ - | - Ввод области Y
        ) || (|
        ) || (240/120 = C1
 6.3v) || (|
        ) || (____________ | ___ Область действия
        |
        | _________ Объем X ввод
        |
        \
        /
        \ R2
        /
        |
------------------ Заземление прицела
 
Например, вы можете использовать резистор 100 кОм и конденсатор 3 мкФ для этой схемы.

Другие идеи измерения трансформаторов

Вот несколько основных измерений, чтобы узнать большинство параметров трансфромера:

  • 1. Сопротивление обмоток Pri / Sec можно измерить напрямую с помощью мультиметра.
  • 2. Измерьте вторичное напряжение холостого хода при некотором известном первичном напряжении. чтобы получить коэффициент трансформации.
  • 3. Замкните вторичную обмотку с помощью амперметра и сопоставьте V-образную первичную с I-вторичной обмоткой. (Осциллограф на амперметре может быть удобен для проверки формы волны в секундах, на всякий случай.2) ——- + | | | E (t) Rl | | О —————————————- + Напряжение холостого хода на моем трансформаторе показывает Ns / Np = 8,5. Другие измеренные значения:
     Rp = 144,5 Ом
    Rs = 2,13 Ом
    E (t) = 14.2 = 2, что согласуется с Rs = 2,13 для
    хорошо продуманный трансформатор. У первичной обмотки должно быть чуть больше обмотки.
    площадь, чем вторичная.
     

    Измеренное реактивное сопротивление утечки (3 мГн) немного выше, но не лишено смысла для ламинированного трансформатора. Это слишком высоко для хорошо спроектированного тороида. Во всяком случае в измерениях, таких как точность измерений необходимо принять во внимание.

    Форма волны тока должна быть в разумной степени близкой к синусоидальный в обоих тестах, в отличие от первичного тока холостого хода.

    Конструкция и выбор трансформатора для приложений

    Выбор типа сердечника трансформатора

    ТОРОИДЫ в сравнении с ПРЕИМУЩЕСТВАМИ E-CORES
    Тороиды:
    • Более компактный, чем конструкция с сердечником E
    • Стоимость материалов ниже за счет однокомпонентной
    • Более плотная магнитная муфта - меньшее рассеивание паразитного потока
    Электронные сердечники:
    • Проще автоматизировать процесс намотки
    • Может крепиться шпильками на шпульки
    • Упростить электрическую изоляцию нескольких обмоток
    • Ядро можно легко закрыть для увеличения емкости хранения энергии

    Принципы проектирования силовых трансформаторов

    На основе [1]

    Я подозревал, что для экономии железа и веса большая часть мощности трансформаторы предназначены для работы на грани насыщения, следовательно, весь ад может вырваться (по крайней мере, трансформатор слышит больше) когда вы берете продукт, рассчитанный на работу с частотой 60 Гц, и включаете его с частотой 50 Гц.

    Проектирование силового трансформатора требует особой осторожности, если требуется оптимизация конструкции. нужный. Получить общий вид конструкции силового трансформатора Я предлагаю вам несколько подходящих расчетных уравнений для мощности 50 Гц. трансформатор с использованием ламинированного железа трансформатор E-core:

     витков первичной обмотки = 45 * напряжение первичной обмотки / площадь жилы
    
    вторичные витки = 48 * вторичное напряжение / площадь жилы
    
    площадь ядра = 1,1 * sqrt (P)
     
    Где:
    • площадь сердечника = площадь поперечного сечения сердечника, проходящего через катушку, в квадратных сантиметрах
    • первичное напряжение = напряжение переменного тока, подаваемое на первичную обмотку, в вольтах
    • вторичное напряжение = желаемое переменное напряжение на вторичной обмотке в вольтах
    • P = мощность трансформатора
    Вторичной обмотке требуется немного больше витков на напряжение потому что внутри сердечника трансформатора всегда есть какие-то потери и катушечный провод.Увеличение количества витков на вторичной обмотке компенсировало некоторые из этих потерь.

    Провода в первичной и вторичной обмотках должны иметь размер в соответствии с допустимые перепады напряжения и нагрев внутри трансформатора. Как эмпирическое правило: не пытайтесь протолкнуть ток более 2,5 ампер на квадратный миллиметр проволоки в катушках внутри трансформатора.

    Размер сердечника трансформатора необходимо определять исходя из полная мощность трансформатора. Площадь сердечника (как использовано в уравнении выше) должен иметь значение, по крайней мере, согласно следующему уравнению (можно больше):

     площадь жилы = sqrt (мощность трансформатора в ваттах)
     

    Вот таблица размеров проводов на разные токи, подходящие для силовые трансформаторы:

     Ток Диаметр проволоки
    (мА) (мм)
    
    10 0,05
    25 0,13
    50 0,17
    100 0,25
    300 0,37
    500 0,48
    1000 0,7
    3000 1,2
    5000 1,54
    10000 2,24
     
    Если вы сделаете трансформатор, используя эти уравнения, вы тщательно продумаете проверьте его перед подключением к электросети.Обычно в наши дни Хорошая идея купить сетевой трансформатор в готовом виде и сделать так, чтобы убедитесь, что вы получаете продукт, безопасный в использовании (заполняет все правила техники безопасности).

    Трансформаторы низкочастотные

    На основе [1]

    Общие формулы

    Для низкочастотных трансформаторов малой мощности обычно можно определить, что Коэффициент передачи определяет коэффициент передачи напряжения. Для данного импеданса цепи вам необходимо определить минимальное сопротивление для определенного обмотка трансформатора по следующей формуле:

     L = Z / (2 * пи * f)
     
    Где:
    • L = индуктивность первичной катушки (вторичная обрыв цепи)
    • Z = полное сопротивление цепи
    • пи = 3.14159
    • f = самая низкая частота, на которой трансформатор должен работать
    Это рекомендуемое значение импеданса. Импеданс катушки может быть выше значения определяется уравнениями. Использование слишком высокой индуктивности обычно не вызывает особых проблем, но обычно это не лучшая идея, потому что по многим практическим причинам (более длинная первичная обмотка, большее сопротивление, большая емкость, вероятно, по этим причинам более плохая ВЧ-характеристика и т. д.).

    Фактическое количество витков, необходимое для получения необходимой индуктивности. зависит от модели сердечника трансформатора и магнитного материала использовал это.Проконсультируйтесь с описанием материала катушки, который вы используете для получения более подробной информации или это. Другой вариант - сначала Проведите один тестовый кул и измерьте его. Использование измерения результатов вы можете определить, сколько поворотов необходимо для удельная индуктивность. Общая приблизительная формула индуктивности (для катушек с сердечниками) пригодится для этого:

     L = N * N * a
     
    Где:
    • L = индуктивность
    • N = количество витков
    • a = постоянное значение (определите значение по данным сердечника катушки или измерьте его с помощью тестовой катушки)

    Если вы используете железный сердечник и вам нужно перенести мощность вы можете определить необходимый размер сердечника по формуле:

     Afe = sqrt (P / (Bmax * S * f))
     
    Где:
    • Afe = площадь ядра (см ^ 2)
    • P = максимальная передаваемая мощность
    • Bmax = максимальный магнитный поток в сердечнике (Vs / m ^ 2) (обычно 4000 G = 0.2)
    • L1 = индуктивность первичной катушки (Гн)
    • l = средняя длина силовых линий магнитного потока (см) (длина линии вокруг катушки, проходящей внутри сердечника)
    • u = относительная проницаемость магнитного материала (около 500 для типичного трансформаторного железа)

    Вы можете определить количество витков вторичной катушки используя следующую формулу (ожидаемый КПД трансформатора составляет 90%):

     N2 = 1,1 * U2 / U1 = 1,1 * sqrt (Z2 / Z1) =
     
    Где:
    • N1 = количество витков в первичной обмотке
    • N2 = количество витков вторичной обмотки
    • U1 = первичное напряжение
    • U2 = вторичное напряжение
    • Z1 = первичный импеданс
    • Z2 = вторичный импеданс
    Для оптимальной работы трансформатора сопротивление катушек следует держать как можно ниже.Это означает, что вы должны использовать как толстая проволока как можно. При выборе размера провода не забудьте оставить 30-50% объема змеевика на изоляцию.
    Трансформаторы с воздушным зазором

    Если в первичной обмотке трансформатора протекает постоянный ток, индуктивность первичной обмотки снижена. Чтобы компенсировать эффект этого (в схемах, где это проблема) ядро в сердечнике должен быть небольшой воздушный зазор. На практике воздушный зазор должен составлять около 1/1000 длины. магнитных линий в сердечнике.2)

  • L1 = индуктивность первичной катушки (Гн)
  • li = размер воздушного зазора (мм)
Обратите внимание, что эта формула дает гораздо большее количество поворотов. для первичной обмотки, чем уравнение для трансформатора без воздушный зазор. Остальные расчеты для трансформаторов выполнен как с трансформатором без воздушного зазора.

Импульсные трансформаторы

На основе [4]

Выбор трансформатора согласования импеданса

Согласование необходимо для обеспечения максимальной передачи мощности от источник к нагрузке.Соответствующее условие существует, когда:

 N = N2 / N1 = sqrt (Zl / Zs)
 
Где:
  • N = передаточное число между первичной и вторичной обмотками
  • N1 = количество витков в первичной обмотке
  • N2 = количество витков во вторичной обмотке
  • Zs = сопротивление источника сигнала
  • Zl = сопротивление нагрузки трансформатора
В реальном мире согласующий трансформатор будет иметь собственный шунт. сопротивление источнику. Величина этого импеданса будет зависеть от индуктивность первичной обмотки и рабочая частота.Это должно быть большим по сравнению с исходным сопротивлением. Коэффициент безопасности 5 должно хватить для большинства приложений. Так что подходящий значение индуктивности первичной катушки можно рассчитать с помощью следующая формула:
 Lp = 5 * Zs / (2 * pi * fmin)
 
Где:
  • Lp = первичная индуктивность
  • Zs = полное сопротивление источника
  • fmin = минимальная частота, необходимая для передачи через трансформатор
  • пи = 3,14159
Если выбрана слишком высокая первичная индуктивность, паразитный компоненты (шунтирующая емкость, индуктивность утечки и т. д.) сговориться снизить высокочастотные характеристики схемы.
Порядок выбора импульсных согласующих трансформаторов

При выборе трансформатор. Имеется максимальная площадь импульса, которую может использовать данный трансформатор. может передавать. Это известно как постоянная Et. Следующие формулы описывают, как это можно оценить из известная форма импульса

 Et = Vp * tpw

  Lp = R * tpw / Ln (I - D)

  D = дельта / Vp = 1 - exp (-R * tt / Lp)

  0 
Где:
 
  • tpw = наихудшая (максимальная) ширина передаваемого импульса
  • Vp = импульсное напряжение (напряжение сверху вниз)
  • дельта = сколько импульсов может снизиться в верхней части
  • tt = время, в течение которого активна вершина импульса (tpw - начальная и конечная крутизны)
  • D = понижение (обычно 10 и допустимо)
  • R = параллельная комбинация импеданса источника и отраженной нагрузки (для согласованного случая это половина импеданса источника)
Стоит отметить, что если нельзя установить верхний предел длительности импульса (tpw) то в этом приложении нельзя будет использовать трансформатор потому что трансформаторы не работают с постоянным током.Если выбрана слишком высокая постоянная Et, то полная ширина импульса не будет передается, и трансформатор вызовет чрезмерную нагрузку из-за насыщенности. И наоборот, слишком высокая константа Et принесет сопутствующие высокие паразитные емкости и индуктивности что приведет к плохому времени нарастания сигнала.

Другое искажение, которое следует проверить, - это спад. Спад относительно времени импульса, первичный индуктивность и системные сопротивления. Если иначе указанное понижение на 10% обычно допустимо.И здесь чрезмерная индуктивность приводит к тому, что паразиты и их сопутствующие проблемы.

Из предыдущего описания мы можем предложить стратегию что должно позволить нам выбрать правильные компоненты в большинство приложений.

  • 1. Определите полное сопротивление системы Zs и Zl.
  • 2. Определите минимальную рабочую частоту (fmin)
  • 3. Определите максимальную ширину импульса (tpw) и напряжение (Vp)
  • 4. Рассчитайте коэффициент оборотов по формуле: N = sqrt (Zl / Zs)
  • 5.Рассчитайте минимальную индуктивность первичной обмотки по формуле: Lp (min) = 2,5 * Zs / (2 * pi * fmin)
  • 6. Рассчитайте минимальную константу Et по формуле Et (min) = Vp * tpw
  • 7. Убедитесь, что спад допустимый (предположительно <10%): D = 1 - exp (-Zs * tpw / (2 * Lp))
  • 8. Если спад недопустим, пересчитайте Lp из: Lp = - Zs * tpw / (2 * Lp)
  • 9. Выберите устройство, которое соответствует указанным выше характеристикам с наименьшими значениями индуктивности рассеяния и межобмоточной емкости.

Приближения, сделанные в формулах, говорят о том, что стратегия имеет свои ограничения но ошибки обычно незначительны.

Трансформаторы для тиристорных приводов

Трансформаторы используются в тиристорных приводах для изоляции схема управления и преобразование напряжения / тока. Для тиристора для включения затвор должен удерживаться на высоком уровне до тех пор, пока ток в тиристоре не превысит удерживающий ток устройства. Это время зависит от самого устройства и нагрузочные характеристики. Резистивная нагрузка будет иметь быстрый рост тока. время и, следовательно, требуют более узкого импульса, чем индуктивная нагрузка.К сожалению, большинство приложений предназначены для моторных приводов, и это Часто бывает трудно определить цифру для максимальной длительности импульса.

Также важно следить за тем, чтобы тиристор не включался слишком медленно. Это приводит к локальным «горячим точкам» в устройстве и преждевременному выходу из строя устройства. Это требование означает, что трансформатор должен иметь минимальную утечку. индуктивность по возможности.

Для приложений, где используются методы широтно-импульсной модуляции (ШИМ). быть трудоустроенным следует помнить, что это очень сложно, если не невозможно, работать импульсные трансформаторы и более того на отметке 60%: пространственный коэффициент.Причина этого в том, что трансформатору требуется время для сброса. между импульсами.

Подробная информация об использовании трансформаторов в конструкциях электроники

На основе [2]

Низкое искажение сигнала

Да, при использовании необходимо остерегаться искажения изгиба низа. Трансформаторы с кремний-железным сердечником для аудиоприложений за пределами их технические характеристики. В обычном случае используется слишком большой трансформатор, так что индукция при низких уровнях сигнала минимальна.Это также может произойти с никель-железные сердечники, но действительно только при очень низкой индукции.

Когда студенты впервые знакомятся с кривой гистерезиса, S-образная Обычно сначала рисуется «начальная кривая намагничивания», а затем петля BH. После этого S-образная форма исходной кривой забывается, но это нижний изгиб все еще там, ждет, чтобы укусить вас!

Что касается линейности кривой при низкой интенсивности, все мы знаем, что кривая B-H сглаживается вверху, но я думаю, вы обнаружите, что вокруг есть сплющивание происхождение тоже.

Например, это может произойти, когда вы уменьшили первичный сигнал на 80 дБ, вторичный сигнал может быть уменьшен, например, уменьшен на 81 дБ. Т Действительно, кривая ЧД имеет уплощение около нуля. Эту проблему можно уменьшить, используя воздушный зазор правильного размера в сердечнике трансформатора, что позволяет получить, например, линейность более 80 дБ.

Информация о трансформаторах, используемых в импульсных источниках питания

Выходное напряжение высокочастотного трансформатора имеет тот же сигнал (не обязательно напряжение), что и входной сигнал (утечка и т. д. игнорируется).Фактически вторичный ток может быть «ощутимым» или измеренным от первичной обмотки, как это обычно бывает для системы управления режимом тока или даже схемы регулятора режима напряжения с защитой от перегрузки. Вторичный напряжение и ток полностью совпадают по фазе с первичным напряжением и Текущий.

Ниже приведены типичные волны напряжения и тока. для двухфазного прямого преобразователя SMPS:

                 | ------- | | ------
                 | | |
Пвольц --- | | --- | | --- |
                             | |
                             | -------- |

                        / | / |
                       / | / |
                      / | / |
                     / | / |
                    / | / | /
                   / | / | /
                  / | / | /
Pcurrent / | / | /
                / | --- / | --- /
 
Вы, несомненно, узнаете форму волны тока катушки индуктивности в первичной обмотке. текущая форма волны выше.Все дело в том, что вход формы выходного напряжения и тока полностью совпадают по фазе (без учета утечка L C и т. д. и т. д.).

В чем разница между ламинированным трансформатором и тороидальным трансформатором?

Нет кардинальной разницы между тороидальным трансформатором и трансформатором. обычный трансформатор. Оба работают одинаково. По сути разница только в механической форме трансформатора.

Основное отличие в том, что традиционный трансформатор и Тороидальный трансформатор намотан на другой сердечник трансформатора.Традиционный трансформер обычно использует так называемые "E"-ядра. которые сделаны из стопок железа. В трансформаторе Toroidla использован тороидальный Сердечник трнасформера (форма «О»). горячий сердечник обеспечивает замкнутую магнитную цепь и не теряет магнитный поток в свободное пространство, как если бы это же ядро ​​было в форме стержня. потерянный поток - это потеря энергии, поэтому жаровня обеспечит более высокую индуктивность, более тесная связь, более высокая эффективность и более высокий Q, и так далее. Вся концепция состоит в том, чтобы физически сконцентрировать поток там, где это необходимо.Кроме того, поскольку поток сосредоточен в сердечнике, компоненты, которые могут обычно подвержены влиянию близости индуктора / трансформатора, может быть установлен ближе к жаркому, а жаркий, как правило, будет меньше чем в катушке индуктивности или трансформаторе с использованием сердечников более традиционной формы.

Тороиды обычно изготавливаются из более тонкой полосы кремния более высокого качества. железо, и у них действительно непрерывная магнитная цепь. Это те базовые характеристики, обеспечивающие меньшие потери и близкие к нулю внешнего магнитного поля, которые являются обычными причинами выбора, часто более дорогостоящий, чем трансформатор с многослойным сердечником.

В принципе идеальная тороидальная обмотка не имеет внешнего магнитного поля. и на практике тороидальные трансформаторы имеют более низкие внешние поля, но конструкторы трансформаторов стремятся проектировать тороиды так, чтобы они были ближе к насыщение, которое увеличивает внешнее поле, в значительной степени устраняя преимущество.

Тороиды популярны в усилителях Hi-Fi, потому что они позволяют о слабом внешнем поле и, что гораздо важнее, потому что масса намотанного тороидального трансформатора меньше эквивалентного обычный трансформатор.

«Сплющенный» профиль тороидального трансформатора тоже придает ему больше площадь поверхности на единицу ВА, чем у обычного трансформатора, поэтому он рассеивает больше тепла на единицу повышения температуры, что дизайнеры эксплуатируют их, используя более высокую плотность тока.

Детали силового трансформатора

Когда сердечник трансформатора насыщается, он теряет свои индуктивные характеристики; Тогда ток первичной обмотки может достигать чрезвычайно высоких значений в течение нескольких циклов переменного тока. Поскольку трансформаторы остаются поляризованными при выключении, возникновение насыщения является функцией полярности и фазового угла цикла переменного тока при включении и выключении схемы.

Насыщение сердечника трансформатора может привести к необъяснимому перегоранию предохранителя, отказу системы или преждевременному выходу из строя переключателя и реле. Кроме того, по насыщению трансформатора пусковой ток от источника питания также может быть вызвано импульсом начального заряда фильтрующих конденсаторов.

Используя резистор, устройство броска тока или индуктивный входной фильтр во вторичной обмотке, вы можете уменьшить этот броск броска тока. Другое решение - мягкий пуск трансформатора с использованием резистора в первичной обмотке для ограничения пускового тока и тока насыщения до приемлемого уровня.

Источники информации

  • [1] Ханну Миеттинен, Kytnnn Elektroniikkaa, Infopress, 1976
  • [2] Различные новостные статьи Usenet
  • [3] Различные веб-документы
  • [4] Книга примечаний по применению компонентов Newport
  • [5] Интеллектуальный выключатель отключает ток включения трансформатора, EDN 23 апреля 1998 г.

автор: Томи Энгдаль


Как рассчитать трансформатор. Расчет и изготовление силового трансформатора

Виктора Хрипченко пос.Октябрьский, Белгородская область

При расчете мощного блока питания столкнулся с проблемой - мне понадобился трансформатор тока, который бы точно измерял ток. По этой теме не так много литературы. А в интернете только запросы - где найти такой расчет. Читать статью; зная, что могут быть ошибки, я подробно рассмотрел эту тему. Ошибки, конечно, присутствовали: нет согласующего резистора Rc (см. Рис. 2) для согласования тока на выходе вторичной обмотки трансформатора (он не рассчитывался).Вторичная цепь трансформатора тока рассчитывается как обычно для трансформатора напряжения (выставляют необходимое напряжение на вторичной обмотке и производят расчет).

Немного теории

Итак, для начала немного теории. Трансформатор тока работает как источник тока с заранее определенным первичным током, представляющим ток защищаемого участка цепи. Величина этого тока практически не зависит от нагрузки. трансформатор тока вторичной цепи, так как его сопротивление с нагрузкой, приведенное к количеству витков первичной обмотки, ничтожно мало по сравнению с сопротивлениями элементов электрической цепи.Это обстоятельство отличает работу трансформатора тока от работы силовых трансформаторов и трансформаторов напряжения.

На рис. 1 показана маркировка концов первичной и вторичной обмоток трансформатора тока, намотанных на магнитопровод в одном направлении (I1 - ток первичной обмотки, I2 - ток вторичной обмотки). Вторичный ток I2, пренебрегая небольшим током намагничивания, всегда направлен так, чтобы размагничивать магнитную цепь.

Стрелки показывают направление токов. Следовательно, если мы возьмем за начало верхний конец первичной обмотки, то начало вторичной обмотки n также будет ее верхним концом. Принятое правило маркировки соответствует одинаковому направлению токов с учетом знака. И самое главное правило: условие равенства магнитных потоков.

Алгебраическая сумма произведений I 1 x W 1 - I 2 x W 2 = 0 (без учета малого тока намагничивания), где W 1 - количество витков первичной обмотки трансформатора тока, W 2 - количество витков витки вторичной обмотки трансформатора тока.

Пример. Допустим, вы, задав себе ток первичной обмотки 16 А, произвели расчет, а в первичной обмотке 5 витков - рассчитали. Вам задается ток вторичной обмотки, например 0,1 А и по приведенной выше формуле I 1 x W 1 = I 2 x W 2 рассчитываем количество витков вторичной обмотки трансформатора.

Вт 2 = I 1 x Вт 1 / I 2

Далее, после вычисления L2-индуктивности вторичной обмотки, ее сопротивления XL1, вычисляем U2, а затем Rc.Но это чуть позже. То есть вы видите, что, задав ток во вторичной обмотке трансформатора I2, вы только потом рассчитываете количество витков. Ток вторичной обмотки трансформатора тока I2 можно установить на любой - отсюда будет рассчитываться Rc. А также -I2 должно быть больше тех нагрузок, которые вы будете подключать

Трансформатор тока должен работать только с согласованной по току нагрузкой (это Rc).

Если пользователю требуется трансформатор тока для использования в схемах защиты, то такими тонкостями, как направление обмоток, точность резистивной нагрузки Rc, можно пренебречь, но это уже будет не трансформатор тока, а датчик тока с большая ошибка.И устранить эту ошибку можно, только создав нагрузку на устройство (я имею в виду источник питания, куда пользователь собирается поставить защиту с помощью трансформатора тока), и схемой защиты установить порог его срабатывания по току. Если пользователю требуется схема измерения тока, то необходимо соблюдать именно эти тонкости.

На рис. 2 (точки - начало обмоток) показан резистор Rc, который является составной частью трансформатора тока для согласования токов первичной и вторичной обмоток.То есть Rc устанавливает ток во вторичной обмотке. Необязательно использовать резистор в качестве Rc, можно поставить амперметр, реле, но должно быть соблюдено условие - внутреннее сопротивление нагрузки должно быть равно расчетному Rc.

Если нагрузка не согласована по току, это будет генератор перенапряжения. Позвольте мне объяснить, почему это так. Как упоминалось ранее, вторичный ток трансформатора направлен в направлении, противоположном направлению первичного тока.А вторичная обмотка трансформатора работает как размагничивающая. Если нагрузка во вторичной обмотке трансформатора не согласована по току или отсутствует, первичная обмотка будет действовать как намагничивающая. Индукция резко возрастает, вызывая сильный нагрев магнитной проволоки из-за повышенных потерь в стали. Индуктивная ЭДС в обмотке будет определяться скоростью изменения потока во времени, которая имеет наибольшее значение, когда трапецеидальный (из-за насыщения магнитной цепи) поток проходит через нулевые значения.Резко уменьшается индуктивность обмоток, что вызывает еще больший нагрев трансформатора и, в конечном итоге, его выход из строя.

Типы магнитопроводов показаны на рис. 3.

Скрученная или ленточная магнитная цепь - это одно и то же понятие, как и выражение кольцевой или тороидальный магнитный контур: оба они встречаются в литературе.

Это может быть ферритовый сердечник или Е-образный трансформаторный железо, или ленточные сердечники. Ферритовые сердечники обычно используются на более высоких частотах - 400 Гц и выше в связи с тем, что они работают в слабых и средних магнитных полях (W = 0.Не более 3 т). А поскольку ферриты, как правило, обладают высокой магнитной проницаемостью µ и узкой петлей гистерезиса, они быстро попадают в область насыщения. Выходное напряжение на вторичной обмотке при f = 50 Гц составляет несколько вольт или меньше. Ферритовые сердечники обычно маркируются с указанием их магнитных свойств (например, M2000 означает магнитную проницаемость сердечника µ, равную 2000 единиц).

На ленточных магнитопроводах или на W-образных пластинах такой маркировки нет, поэтому их магнитные свойства необходимо определять экспериментально, и они работают в средних и сильных магнитных полях (в зависимости от используемой марки электротехнической стали - 1.5 ... .2 Тл и более) и применяются на частотах 50 Гц ... .400 Гц. Кольцевые или тороидальные витые (ленточные) магнитопроводы также работают на частоте 5 кГц (и даже до 25 кГц из пермаллоя). При расчете S - площади поперечного сечения ленточного тороидального магнитопровода рекомендуется для большей точности результат умножить на коэффициент k = 0,7 ... 0,75. Это связано с конструктивной особенностью ленточных магнитопроводов.

Что представляет собой ленточный магнитопровод (рис.3)? Стальную полосу толщиной 0,08 мм и более наматывают на оправку, а затем отжигают на воздухе при температуре 400 ... 500 ° С для улучшения их магнитных свойств. Затем эти формы обрезаются, края шлифуются, и собирается магнитопровод. Кольцевые (сплошные) скрученные магнитопроводы из тонких ленточных материалов (пермаллой толщиной 0,01 ... 0,0,05 мм) при намотке покрываются электроизоляционным материалом, а затем отжигаются в вакууме при 1000 ... .1100 ° C.

Для определения магнитных свойств таких магнитопроводов необходимо намотать 20... 30 витков провода (чем больше витков, тем точнее будет значение магнитной проницаемости сердечника) на сердечник магнитопровода и измерить L-индуктивность этой обмотки (мкГн). Вычислить S - площадь поперечного сечения сердечника трансформатора (мм2), lm - средняя длина магнитопровода (мм). И по формуле рассчитаем jll - магнитную проницаемость сердечника:

(1) µ = (800 x L x пог.м) / (N2 x S) - для ленты и W-образной жилы.

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

При расчете трансформатора на более высокие токи в первичной обмотке используется провод большого диаметра, и здесь понадобится витая магнитная цепь (U-образная), витой кольцевой сердечник или ферритовый тороид.

Если кто-то держал в руках промышленный трансформатор тока для высоких токов, он видел, что на магнитной цепи нет первичной обмотки, но есть широкая алюминиевая шина, проходящая через магнитную цепь.

Я тогда вспомнил, что расчет трансформатора тока можно сделать, задав W - магнитную индукцию в сердечнике, в то время как первичная обмотка будет состоять из нескольких витков, и вам придется страдать, наматывая эти витки на сердечник трансформатора. . Или необходимо рассчитать магнитную индукцию W поля, создаваемого проводником с током в сердечнике.

А теперь приступим к расчету трансформатора тока по законам .

Вы устанавливаете ток первичной обмотки трансформатора тока, то есть ток, которым вы будете управлять в цепи.

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

Возьмите ленточный кольцевой сердечник OJ125 / 40-10 или (40х25х10 мм), схематически показанный на рис. 4.


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

Далее идут два расчета с подробным объяснением того, как именно рассчитывается трансформатор тока, но слишком много формул затрудняет выкладывание расчетов на странице сайта.По этой причине полная версия статьи о том, как рассчитать трансформатор тока, была преобразована в PDF и может быть загружена с помощью

.

Трансформатор - это тип электрического компонента, который предназначен для преобразования напряжения и тока из одной величины в другую пропорционально потребляемой мощности на входе и выходе. Этот элемент силового оборудования обычно может содержать одну первичную обмотку и одну или несколько вторичных.

Являясь довольно сложным устройством, расчет трансформатора иногда занимает много времени и не каждый может сделать это качественно.Но от правильности процесса зависит очень многое. Стабильность работы Готовое устройство, КПД, потребляемая мощность. Кроме того, при неверном расчете с заводным устройством может произойти множество непонятных вещей:

  • перегрев;
  • издает вызывной сигнал при работе;
  • потребляют большое количество энергии с низким КПД и так далее.

В более серьезных ситуациях он может даже загореться, что вызовет дополнительные проблемы.Поэтому многих интересует вопрос, как рассчитать трансформатор того или иного типа, чтобы он выдавал необходимое количество электрической мощности и коэффициент полезного действия был максимально приближен к 1 .

Но сразу стоит вас уверить, что КПД равный 1 - это нереальный фактор, потому что потери присутствуют всегда, поэтому при расчете онлайн или традиционным методом увидеть показатель равный 40% при расчете силового трансформатора на железо - это хорошо.Для импульсных устройств программа расчета даст не менее 55-60%. Поэтому, если вы хотите сделать устройство максимально эффективным, то выбирайте именно импульсный тип трансформатора, но если вы хотите сделать надежный блок питания, где не важна потребляемая мощность, то, конечно, мы учитываем трансформатор утюг.

Порядок расчета трансформаторов

Все программы для расчета трансформаторов обрабатывают данные по формулам, известным нам из научных публикаций, поэтому правильность своей программы всегда можно проверить.Но необходимость знать табличные значения может ввести вас в заблуждение ... Поэтому сейчас разберем некоторые детали расчета трансформаторов с тороидальным сердечником на трансформаторном железе или на феррите.

Тороид обладает лучшими свойствами по сравнению со всеми другими типами сердечников, так как в нем отсутствуют зазоры, и, как следствие, потери на вихревые токи сведены к минимуму. Поэтому КПД таких трансформаторов значительно выше, поэтому если вы хотите сделать качественное устройство, то используйте именно этот тип сердечника, правда, на него сложнее намотать обмотку, но оно того стоит.

Этапы определения параметров

Прежде всего, для правильного расчета вам потребуется определить основные параметры будущего трансформатора. К ним относятся:

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

Далее рассчитывается количество витков на каждой из обмоток, по таблице и полученным результатам расчета тока выбирается тип провода, но для начала нужно измерить размеры сердечника, если таковой имеется.Или, наоборот, выставить необходимую мощность и рассчитать параметры кольца. Это то, что предлагают все онлайн-программы расчета трансформаторов.

Выбирая количество витков на первичной обмотке, необходимо помнить, что если их будет недостаточно, она сильно нагреется и со временем перегорит. А при достаточно большом напряжении напряжение на вторичке будет небольшим, поэтому необходимо использовать строго справочные данные и формулы из учебников.

Рассмотрим пример расчета трансформатора, намотанного на тороидальном сердечнике и запитанного от сети с частотой 50 Гц.

Для упрощения процесса расчета устройства можно использовать табличные данные, в которых показаны формулы и переменные, используемые для определения параметров обмоточного изделия, сведенные в таблицу ниже:

Для изготовления сердечников таких сетевых трансформаторов используются 2 марки стали:

  • Э310-330 холоднокатаный тип и толщина листа в пределах 0.35-0,5 мм;
  • Э340-360 обычная сталь толщиной 0,05 - 0,1 мм.

Следует понимать, что количество витков для каждого типа стали может быть разным, что связано с магнитной проницаемостью сердечника и другими показателями. Однако в таблице ω 1 и ω 2 - количество витков для холоднокатаной и обычной стали соответственно. Рг - общая мощность трансформатора; S - параметры сердечника (площадь поперечного сечения), ∆ - максимально допустимая плотность тока в обмотках; η - КПД устройства.

Одной из особенностей изготовления тороидального трансформатора является использование внешней и межобмоточной изоляции, поэтому жилы должны быть достаточно упругими. В качестве таковых часто выбирают ПЕЛШО или ПЕШО , также популярны ПЭВ-2. В качестве внешнего утеплителя используются следующие виды материалов:

  • ткань лакированная;
  • Лента кембрика
  • ;
  • триацетатная пленка;
  • Пленка фторопласт.

Преимущества использования программ

Одним из преимуществ использования онлайн-калькуляторов для расчета параметров трансформатора является отсутствие необходимости во всех вышеперечисленных нюансах.Но результат приблизительный , поэтому это важно помнить при использовании той или иной программы. Конечно, есть проекты лучше с расчетом трансформаторов, в которых учитывается толщина изоляционной пленки, тип стали, плотность намотки.

Основные формулы и порядок их применения

Далее необходимо установить основные параметры будущего трансформатора. К ним относятся сетевое напряжение Uc и выходное напряжение вторичной обмотки Uн.Так же выставляем ток в нагрузке Iн, именно этот показатель зачастую является наиболее важным, определяющим характеристики устройства.

Некоторые калькуляторы вместе с вводом данных в форму также показывают основные формулы, по которым определялось полученное значение. Это значительно облегчает процесс и в то же время позволяет глубже понять принцип расчета. В любом случае при указании основных данных в форме программа в первую очередь определяет мощность нВ вторичной обмотки по известной формуле:

Следующим шагом в расчете параметров любого тороидального трансформатора является определение сечения сердечника.Рассчитывается по формуле:

S расчет = √Pg / 1,2.

Для правильного выбора жилы необходимо использовать следующую формулу расчета сечения:

S = (Dc - dc) hc / 2.

Далее, используя справочную таблицу основных параметров, выбираем наиболее близкую по характеристикам. Необходимо подбирать магнитопровод большей мощности, чем рассчитанная по формуле.

Следующим шагом, который выполняет программа расчета сварочного или силового трансформатора с питанием от сети 50 Гц , является определение количества витков на вольт.Для этого нужно использовать постоянные значения, взятые из справочника. Дело в том, что для каждого типа сердечника есть своя константа. Например, для магнитопровода из стали Э320 он равен 33,3, а формула выглядит следующим образом:

Вт 1-1 = ω 1 x Uc;

Вт 1-2 = ω 1 х У н.

При расчете количества витков на обмотках сварочного тороидального трансформатора необходимо учитывать рассеиваемую мощность, из-за которой выходное напряжение будет занижено на 3%.Поэтому для корректных расчетов рекомендуется увеличить количество витков вторичной обмотки именно на эту разницу.

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

I 1 = 1,1 (P2 / Uc). И по формуле:

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

Этот расчет действителен для всех типов трансформаторов, как силовых, так и сварочных трансформаторов, питающихся от сети с частотой 50 Гц.Программа расчета выполняет те же операции, что описаны выше. Только она может оперировать данными в любом порядке. Например, задав количество витков, можно определить напряжение и мощность сердечника, введя параметры сердечника, можно узнать мощность и электрические характеристики трансформатора.

Расчет импульсного трансформатора

Как и обычный силовой трансформатор, импульсные трансформаторы также можно рассчитать с помощью онлайн-калькуляторов и различных программ.Формулы будут аналогичными, но нужно будет учесть магнитную проницаемость и другие параметры ферритового сердечника. Ведь качество и правильность готового устройства напрямую зависит от его свойств.

При выполнении расчетов для сварки импульсных трансформаторов с помощью программ многие из них дают подсказки, представляют мостовые схемы выпрямителя и так далее. Все это значительно упрощает процесс, так как традиционными методами это сложно. Но в целом принцип остается прежним.А что касается программ-калькуляторов, то в Интернете их огромное количество для расчета любых импульсных или обычных сетевых устройств различной мощности и электрических параметров.

  • Что делать, если вы приобрели бывшее в употреблении оборудование?
  • Самостоятельный расчет силовой обмотки трансформатора
  • Формула расчета мощности
  • Обеспечение пройденного материала для расчета мощности

Каждый из нас знает, что такое трансформатор. Он служит для преобразования напряжения в большее или меньшее значение.Когда мы приобретаем трансформатор в специализированных магазинах, как правило, в инструкции к ним есть полное техническое описание. Вам не нужно читать все его параметры и измерять их, так как все они уже рассчитаны и выведены производителем. В инструкции можно найти такие параметры, как мощность трансформатора, входное напряжение, выходное напряжение, количество вторичных обмоток, если их количество превышает единицу.

Что делать, если вы приобрели бывшее в употреблении оборудование?

Но если вы уже использовали оборудование в руках и не знаете его функциональности, вам необходимо самостоятельно рассчитать обмотку трансформатора и его мощность.Но как хотя бы приблизительно рассчитать обмотку трансформатора и ее мощность? Стоит отметить, что такой параметр, как мощность трансформатора, является очень важным показателем для данного устройства, поскольку от него будет зависеть, насколько функциональным будет устройство, собранное из него. Чаще всего его используют для создания блоков питания.

Прежде всего, следует отметить, что мощность трансформатора зависит от потребляемого тока и напряжения, которые необходимы для его работы.Для того, чтобы рассчитать мощность, нужно умножить эти два показателя: потребляемый ток и напряжение питания устройства. Эта формула всем знакома со школы, выглядит она так:

P = Un * In, где

Uн - напряжение питания, измеренное в вольтах, Iн - потребляемый ток, измеренный в амперах, P - потребляемая мощность, измеренная в ваттах.

Если у вас есть трансформатор, который вы хотите измерить, вы можете сделать это прямо сейчас, используя следующий метод.Для начала нужно осмотреть сам трансформатор и определить его тип и используемые в нем сердечники. Глядя на трансформатор, нужно понимать, какой тип сердечника в нем используется. Наиболее распространен W-образный тип сердечника.

Этот сердечник применяется в трансформаторах не самых лучших, по КПД, но их легко найти на полках магазинов электротоваров или открутить от старого и неисправного оборудования. Доступность и довольно низкая цена делают их довольно популярными среди любителей собирать устройство своими руками.Вы также можете приобрести тороидальный трансформатор, иногда называемый кольцевым трансформатором. Он намного дороже первого и имеет лучшие показатели эффективности и других качественных показателей; он используется в достаточно мощных и высокотехнологичных устройствах.

Вернуться к содержанию

Самостоятельный расчет силовой обмотки трансформатора

Используя книги по радиотехнике и электронике, мы можем самостоятельно произвести расчет со стандартным W-образным сердечником. Чтобы рассчитать мощность такого устройства, как трансформатор, необходимо правильно рассчитать сечение магнитопровода.Что касается стандартных трансформаторов с W-образным сердечником, размер поперечного сечения магнитопровода будет измеряться длиной поставляемых пластин, изготовленных из специальной электротехнической стали. Итак, чтобы определить сечение магнитопровода, необходимо умножить два показателя, например, толщину набора пластин и ширину центрального лепестка W-образной пластины.

Взяв линейку, можно измерить ширину комплекта излучаемого трансформатора. Очень важно, чтобы все измерения лучше всего проводить в сантиметрах, а также расчеты.Это может исключить появление ошибок в формулах и избавить вас от лишних вычислений при переводе с сантиметров в метры. Итак, образно принимаем ширину рядов равной трем сантиметрам.

Далее необходимо измерить ширину его центрального лепестка. Эта задача может стать проблематичной, поскольку многие трансформаторы по своим технологическим особенностям могут быть закрыты пластиковым каркасом. В этом случае вы не сможете, не увидев предварительно реальную ширину, произвести какие-либо расчеты, которые хотя бы близко будут напоминать реальные.Чтобы измерить этот параметр, нужно искать места, где это можно было бы сделать. В противном случае можно аккуратно разобрать его корпус и измерить этот параметр, но делать это нужно с максимальной точностью.

Вернуться к содержанию

Формула расчета мощности

Найдя открытое место или разобрав инструмент, вы можете измерить толщину центральной доли. Условно примем этот параметр равным двум сантиметрам.Стоит напомнить, что, примерно рассчитывая мощность, измерения следует производить максимально точно. Далее необходимо умножить размер набора магнитопровода, равный трем сантиметрам, и толщину лепестка пластины, равную двум сантиметрам. В результате мы получаем сечение магнитопровода в шесть квадратных сантиметров. Для дальнейшего расчета необходимо ознакомиться с такой формулой, как S = 1,3 * √Ptr, где:

  1. S - площадь поперечного сечения магнитопровода.2 = 20,35 Вт

    После всех расчетов получаем абстрактное значение 20,35 Вт, которое будет сложно найти в трансформаторах с W-образным сердечником. Реальные значения колеблются около семи ватт. Этой мощности будет вполне достаточно для сборки блока питания оборудования, работающего на звуковых частотах и ​​имеющего мощность в диапазоне от 3 до 5 Вт.

    Расчет силового трансформатора

    Трансформатор - это пассивный преобразователь энергии. Его коэффициент полезного действия (COP) всегда меньше единицы.Это означает, что мощность, потребляемая нагрузкой, подключенной ко вторичной обмотке трансформатора, меньше мощности, потребляемой нагруженным трансформатором от сети. Известно, что мощность равна произведению силы тока и напряжения, поэтому в повышающих обмотках ток меньше, а в понижающих больше тока, потребляемого трансформатор от сети.

    Параметры и характеристики трансформатора.

    Два разных трансформатора с одинаковым напряжением сети могут быть спроектированы для получения одинаковых вторичных напряжений. Но если нагрузка первого трансформатора потребляет больше тока, а второго мало, это означает, что первый трансформатор отличается по сравнению со вторым большей мощностью. Чем больше ток в обмотках трансформатора, тем больше магнитный поток в его сердечнике, поэтому сердечник должен быть толще. Кроме того, чем больше ток в обмотке, тем толще должен быть намотан провод, а это требует увеличения окна сердечника.Поэтому габариты трансформатора зависят от его мощности. И наоборот, сердечник определенного размера подходит для изготовления трансформатора только до определенной мощности, которая называется общей мощностью трансформатора. Количество витков вторичной обмотки трансформатора определяет напряжение на его выводах. Но это напряжение также зависит от количества витков первичной обмотки. При определенном значении напряжения питания первичной обмотки напряжение вторичной обмотки зависит от отношения числа витков вторичной обмотки к числу витков первичной.Этот коэффициент называется коэффициентом трансформации. Если напряжение на вторичной обмотке зависит от коэффициента трансформации, нельзя произвольно выбирать количество витков одной из обмоток. Чем меньше размеры сердечника, тем больше должно быть витков каждой обмотки. Следовательно, размер сердечника трансформатора соответствует очень определенному количеству витков его обмоток на один вольт напряжения, меньшее, чем может быть принято. Эта характеристика называется числом витков на вольт.

    Как и любой преобразователь мощности, трансформатор имеет КПД - отношение мощности, потребляемой нагрузкой трансформатора, к мощности, которую нагруженный трансформатор потребляет из сети. КПД трансформаторов малой мощности, которые обычно используются для питания бытовой электроники, составляет от 0,8 до 0,95. Более высокие значения имеют трансформаторы большей мощности.

    Электрический расчет трансформатора

    Перед расчетом трансформатора необходимо сформулировать требования, которым он должен удовлетворять.Они будут исходными данными для расчета. Технические требования к трансформатору также определяются расчетом, в результате которого определяются напряжения и токи, которые должны обеспечивать вторичные обмотки. Поэтому перед расчетом трансформатора рассчитывается выпрямитель, чтобы определить напряжения каждой из вторичных обмоток и токи, потребляемые от этих обмоток. Если напряжения и токи каждой из обмоток трансформатора уже известны, то они являются техническими требованиями к трансформатору.Чтобы определить общую мощность трансформатора, необходимо определить мощность, потребляемую от каждой из вторичных обмоток, и сложить их, учитывая также КПД трансформатора ... Мощность, потребляемая от любой обмотки, определяется путем умножения напряжения между выводы этой обмотки по силе потребляемого с нее тока:

    П - мощность, потребляемая с обмотки, Вт;

    U– действующее значение напряжения, снимаемого с этой обмотки, В;

    I - эффективное значение тока, протекающего в той же обмотке, А.

    Суммарная мощность, потребляемая, например, тремя вторичными обмотками, рассчитывается по формуле:

    PS = U 1 I 1 + U 2 I 2 + U 3 I 3

    Для определения общей мощности трансформатора, полученное значение полной мощности PS необходимо разделить на КПД трансформатора: P g =, где

    P g - общая мощность трансформатора; η - КПД трансформатора.

    Заранее рассчитать КПД трансформатора невозможно, так как для этого нужно знать величину потерь энергии в обмотках и в сердечнике, которые зависят от параметров самих обмоток (диаметров проводов и их длины. ) и параметров сердечника (длина силовой линии и марка стали).И те, и другие параметры становятся известны только после расчета трансформатора. Поэтому с достаточной точностью для практического расчета КПД трансформатора можно определить по таблице 6.1.

    Таблица 6.1

    Суммарная мощность, Вт

    КПД трансформатора

    Наиболее распространенными формами сердечников являются O-образная и W-образная формы.На О-образном сердечнике обычно две катушки, а на W-образном сердечнике - одна. Зная общую мощность трансформатора, находят сечение рабочего сердечника его сердечника, на котором расположена катушка:

    Сечение рабочего сердечника сердечника является произведением ширины рабочего сердечника a и толщина упаковки c. Размеры a и c выражены в сантиметрах, а поперечное сечение - в квадратных сантиметрах.

    После этого выбирается тип пластин трансформаторной стали и определяется толщина пакета сердечников.Сначала находят примерную ширину рабочего сердечника сердечника по формуле: а = 0,8

    Затем по полученному значению а выбирают тип пластин трансформаторной стали из имеющихся и фактическую ширину рабочего сердечника. ядро найдено. после чего определяется толщина пакета сердечников:

    Количество витков на 1 вольт напряжения определяется сечением рабочего сердечника сердечника трансформатора по формуле: n = k / S, где N - количество витков на 1 В; k - коэффициент, определяемый свойствами сердечника; S - сечение рабочей жилы жилы, см 2.

    Из приведенной выше формулы видно, что чем меньше коэффициент k, тем меньше витков будет у всех обмоток трансформатора. Однако коэффициент k нельзя выбрать произвольно. Его значение обычно лежит в пределах от 35 до 60. В первую очередь это зависит от свойств пластин трансформаторной стали, из которых собирается сердечник. Для С-образных жил, скрученных из тонкой ленты, можно взять k = 35. Если используется О-образный сердечник, собранный из П- или Г-образных пластин без отверстий по углам, берите k = 40.Такое же значение ki для пластин типа УШ, у которых ширина боковых жил больше половины ширины средней жилы. Если пластины типа Ш используются без отверстий в углах, для которых ширина средний сердечник ровно в два раза больше ширины внешних жил, желательно брать k = 45, а если у Ш-образных пластин есть отверстия, то k = 50. Таким образом, выбор k во многом произвольный и может варьироваться в определенных пределах, учитывая, что уменьшение k облегчает намотку, но ужесточает режим трансформатора.При использовании пластин из высококачественной трансформаторной стали этот коэффициент можно немного уменьшить, а при использовании стали низкого качества - увеличить.

    Зная необходимое напряжение каждой обмотки и количество витков на 1 В, несложно определить количество витков обмотки, умножив эти значения: W = Un

    Это соотношение справедливо только для первичной обмотки, а при определении количества витков вторичных обмоток необходимо ввести дополнительную приблизительную поправку для учета падения напряжения на самой обмотке от тока нагрузки, протекающего по ее проводу: W = mUn

    Коэффициент m зависит от ток, протекающий через данную обмотку (см. таблицу 6.2). Если сила тока меньше 0,2 А, можно принять m = 1. Толщина провода, наматывающего обмотку трансформатора, определяется током, протекающим по этой обмотке. Чем больше ток, тем толще должна быть проволока, точно так же, как более толстая труба требуется для увеличения потока воды. Сопротивление обмотки зависит от толщины провода. Чем тоньше провод, тем больше сопротивление обмотки, следовательно, выделяемая в ней мощность увеличивается и она сильнее нагревается.Для каждого типа обмоточного провода существует предел допустимого нагрева, который зависит от свойств эмалевой изоляции. Поэтому диаметр провода можно определить по формуле: d = p, где d - диаметр провода в меди, м; I - ток в обмотке, А; p - коэффициент (таблица 6.3), учитывающий допустимый нагрев проволоки конкретной марки.

    Таблица 6.2: Определение коэффициента м

    Таблица 6.3: Выбор диаметра проволоки.

    Выбрав коэффициент p, можно определить диаметр проволоки каждой обмотки. Найденное значение диаметра округляется в большую сторону.

    Ток в первичной обмотке определяется с учетом общей мощности трансформатора и напряжения сети:

    Практическая работа:

    U 1 = 6,3 В, I 1 = 1,5 А; U 2 = 12 В, I 2 = 0,3 А; U 3 = 120 В, I 3 = 59 мА

    Трансформаторы постоянно используются в различных схемах, в осветительных приборах, источниках питания цепей управления и другом электронном оборудовании.Поэтому довольно часто требуется рассчитать параметры устройства в соответствии с конкретными условиями эксплуатации. Для этих целей можно использовать специально разработанный онлайн-калькулятор для расчета трансформатора. Простая таблица требует заполнения исходными данными в виде значения входного напряжения, габаритных размеров, а также выходного напряжения.

    Преимущества онлайн-калькулятора

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


    Есть такие, которые позволяют быстро произвести расчеты трансформатора. Однако они не дают полной гарантии от ошибок расчетов. Чтобы избежать подобных неприятностей, используется программа онлайн-калькулятора. Полученные результаты позволяют проектировать трансформаторы на различные мощности и напряжения. С помощью калькулятора проводятся не только расчеты трансформатора. Есть возможность изучить его структуру и основные функции.Запрошенные данные вставляются в таблицу, и остается только нажать желаемую кнопку.

    Благодаря онлайн-калькулятору никаких самостоятельных расчетов не требуется. Полученные результаты позволяют перематывать трансформатор своими руками. Большинство необходимых расчетов производятся по размерам сердечника. Калькулятор максимально упрощает и ускоряет все расчеты. Необходимые пояснения можно получить из инструкций и в дальнейшем строго следовать их инструкциям.


    Конструкция магнитопроводов трансформатора представлена ​​в трех основных вариантах - броневой, стержневой и.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.