Расчет первичной обмотки трансформатора по железу: Формула расчета трансформатора по сердечнику

Содержание

Как рассчитать трансформатор, количество витков намотки на вольт. Габаритная мощность трансформатора. Диаметр провода обмотки.

В раздел: Советы → Расcчитать силовой трансформатор

Как рассчитать силовой трансформатор и намотать самому.
Можно подобрать готовый трансформатор из числа унифицированных типа ТН, ТА, ТНА, ТПП и других. А если Вам необходимо намотать или перемотать трансформатор под нужное напряжение, что тогда делать?
Тогда необходимо подобрать подходящий по мощности силовой трансформатор от старого телевизора, к примеру, трансформатор ТС-180 и ему подобные.
Надо четко понимать, что чем больше количества витков в первичной обмотке тем больше её сопротивление и поэтому меньше нагрев и второе, чем толще провод, тем больше можно получить силу тока, но это зависит от размеров сердечника — сможете ли разместить обмотку.
Что делаем далее, если неизвестно количество витков на вольт? Для этого необходим ЛАТР, мультиметр (тестер) и прибор измеряющий переменный ток — амперметр.

Наматываем по вашему усмотрению обмотку поверх имеющейся, диаметр провода любой, для удобства можем намотать и просто монтажным проводом в изоляции.

Формула для расчета витков трансформатора

50/S

Сопутствующие формулы: P=U2*I2 Sсерд(см2)= √ P(ва) N=50/S I1(a)=P/220 W1=220*N W2=U*N D1=0,02*√i1(ma) D2=0,02*√i2(ma) K=Sокна/(W1*s1+W2*s2)

50/S — это эмпирическая формула, где S — площадь сердечника трансформатора в см2 (ширину х толщину), считается, что она справедлива до мощности порядка 1кВт.
Измерив площадь сердечника, прикидываем сколько надо витков намотать на 10 вольт, если это не очень трудно, не разбирая трансформатора наматываем контрольную обмотку через свободное пространство (щель). Подключаем лабораторный автотрансформатор к первичной обмотке и подаёте на неё напряжение, последовательно включаем контрольный амперметр, постепенно повышаем напряжение ЛАТР-ом, до начала появления тока холостого хода.

Если вы планируете намотать трансформатор с достаточно «жёсткой» характеристикой, к примеру, это может быть усилитель мощности передатчика в режиме SSB, телеграфном, где происходят довольно резкие броски тока нагрузки при высоком напряжении ( 2500 -3000 в), например, тогда ток холостого хода трансформатора устанавливаем порядка 10% от максимального тока, при максимальной нагрузке трансформатора.

Замерив полученное напряжение, намотанной вторичной контрольной обмотки, делаем расчет количества витков на вольт.
Пример: входное напряжение 220вольт, измеренное напряжение вторичной обмотки 7,8 вольта, количество витков 14.

Рассчитываем количества витков на вольт
14/7,8=1,8 витка на вольт.

Если нет под рукой амперметра, то вместо него можно использовать вольтметр, замеряя падение напряжение на резисторе, включенного в разрыв подачи напряжения к первичной обмотке, потом рассчитать ток из полученных измерений.

Вариант 2 расчета трансформатора.
Зная необходимое напряжение на вторичной обмотке (U2) и максимальный ток нагрузки (Iн), трансформатор рассчитывают в такой последовательности:

1. Определяют значение тока, протекающего через вторичную обмотку трансформатора:
I2 = 1,5 Iн,
где: I2 — ток через обмотку II трансформатора, А;
Iн — максимальный ток нагрузки, А.
2. Определяем мощность, потребляемую выпрямителем от вторичной обмотки трансформатора:
P2 = U2 * I2,
где: P2 — максимальная мощность, потребляемая от вторичной обмотки, Вт;
U2 — напряжение на вторичной обмотке, В;
I2 — максимальный ток через вторичную обмотку трансформатора, А.

3. Подсчитываем мощность трансформатора:
Pтр = 1,25 P2,
где: Pтр — мощность трансформатора, Вт;
P2 — максимальная мощность, потребляемая от вторичной обмотки трансформатора, Вт.
Если трансформатор должен иметь несколько вторичных обмоток, то сначала подсчитывают их суммарную мощность, а затем мощность самого трансформатора.
4. Определяют значение тока, текущего в первичной обмотке:
I1 = Pтр / U1,
где: I1 — ток через обмотку I, А;
Ртр — подсчитанная мощность трансформатора, Вт;
U1 — напряжение на первичной обмотке трансформатора (сетевое напряжение).

5. Рассчитываем необходимую площадь сечения сердечника магнитопровода:
S = 1,3 Pтр,
где: S — сечение сердечника магнитопровода, см2;
Ртр — мощность трансформатора, Вт.
6. Определяем число витков первичной (сетевой) обмотки:
w1 = 50 U1 / S,
где: w1 — число витков обмотки;
U1 — напряжение на первичной обмотке, В;
S — сечение сердечника магнитопровода, см2.

7. Подсчитывают число витков вторичной обмотки:
w2 = 55 U2 / S,
где: w2 — число витков вторичной обмотки;
U2 — напряжение на вторичной обмотке, В;
S-сечение сердечника магнитопровода, см2.
8. Высчитываем диаметр проводов обмоток трансформатора:
d = 0,02 I,
где: d-диаметр провода, мм;

I-ток через обмотку, мА.

Ориентировочный диаметр провода для намотки обмоток трансформатора в таблице 1.

							Таблица 1
Iобм, ma	<25	25 — 60	60 — 100	100 — 160	160 — 250	250 — 400	400 — 700	700 — 1000
d, мм	0,1	0,15	0,2	0,25	0,3	0,4	0,5	0,6

После выполнения расчетов, приступаем к выбору самого трансформаторного железа, провода для намотки и изготовление каркаса на которой намотаем обмотки.

Для прокладки изоляции между слоями обмоток приготовим лакоткань, суровые нитки, лак, фторопластовую ленту. Учитываем тот факт, что Ш — образный сердечник имеют разную площадь окна, поэтому будет не лишним провести расчет проверки: войдут ли они на выбранный сердечник. Перед намоткой производим расчет — поместится ли обмотки на выбранный сердечник.
Для расчета определения возможности размещения нужного количества обмоток:
1. Ширину окна намотки делим на диаметр наматываемого провода, получаем количество витков наматываемый
на один слой — N¹.
2. Рассчитываем сколько необходимо слоев для намотки первичной обмотки, для этого разделим W1 (количество витков первичной обмотки) на N¹.
3. Рассчитаем толщину намотки слоев первичной обмотки. Зная количество слоев для намотки первичной обмотки умножаем на диаметр наматываемого провода, учитываем толщину изоляции между слоями.
4. Подобным образом считаем и для всех вторичных обмоток.
5. После сложения толщин обмоток делаем вывод: сможем ли мы разместить нужное количество витков всех обмоток на каркасе трансформатора.

Еще один способ расчета мощности трансформатора по габаритам.

Ориентировочно посчитать мощность трансформатора можно используя формулу:
P=0.022*S*С*H*Bm*F*J*Кcu*КПД;
P — мощность трансформатора, В*А;
S — сечение сердечника, см²
L, W — размеры окна сердечника, см;
Bm — максимальная магнитная индукция в сердечнике, Тл;
F — частота, Гц;
Кcu — коэффициент заполнения окна сердечника медью;
КПД — коэффициент полезного действия трансформатора;
Имея в виду что для железа максимальная индукция составляет 1 Тл.
Варианты значений для подсчета мощности трансформатора КПД = 0,9, f =50, B = 1 — магнитная индукция [T], j =2.5 — плотность тока в проводе обмоток [A/кв.мм] для непрерывной работы, KПД =0,45 — 0,33.

Если вы располагаете достаточно распространенным железом —

трансформатор ОСМ-0,63 У3 и им подобным, можно его перемотать?
Расшифровка обозначений ОСМ: О — однофазный, С — сухой, М — многоцелевого назначения.

По техническим характеристикам он не подходит в для включения однофазную сеть 220 вольт т.к. рассчитан на напряжение первичной обмотки 380 вольт.
Что же в этом случае делать?
Имеется два пути решения.
1. Смотать все обмотки и намотать заново.
2. Смотать только вторичные обмотки и оставить первичную обмотку, но так как она рассчитана на 380В, то с нее необходимо смотать только часть обмотки оставив на напряжение 220в.
При сматывании первичной обмотки получается примерно 440 витков (380В) когда сердечник Ш-образной формы, а когда сердечник трансформатора ОСМ намотан на ШЛ данные другие — количество витков меньше.

Данные первичных обмоток на 220в трансформаторов ОСМ Минского электротехнического завода 1980 год.

0,063 — 998 витков, диаметр провода 0,33 мм
0,1 — 616 витков, диаметр провода 0,41 мм
0,16 — 490 витков, диаметр провода 0,59 мм
0,25 — 393 витка, диаметр провода 0,77 мм
0,4 — 316 витков, диаметр провода 1,04 мм
0,63 — 255 витков, диаметр провода 1,56 мм
1,0 — 160 витков, диаметр провода 1,88 мм

ОСМ 1,0 (мощность 1 кВт), вес 14,4кг.

Сердечник 50х80мм. Iхх-300ма

Подключение обмоток трансформаторов ТПП

Рассмотрим на примере ТПП-312-127/220-50 броневой конструкции, параллельное включение вторичных обмоток.

В зависимости от напряжения в сети подавать напряжение на первичную обмотку можно на выводы 2-7, соединив между собой выводы 3-9, если повышенное — то на 1-7 (3-9 соединить) и т.д. На схеме подключение показано случае пониженного напряжение в сети.
Часто возникает необходимость применять унифицированные трансформаторы типа ТАН, ТН, ТА, ТПП на нужное напряжение и для получения необходимой нагрузочной способности, а простым языком нам надо подобрать, к примеру, трансформатор со вторичной обмоткой 36 вольт и чтобы он отдавал 4 ампера под нагрузкой, первичная конечно 220 вольт.
Как подобрать трансформатор?
С начало определяем необходимую мощность трансформатора, нам необходим трансформатор мощностью 150 Вт.
Входное напряжение однофазное 220 вольт, выходное напряжение 36 вольт.
После подбора по техническим данным определяем, что в данном случае нам больше всего подходит трансформатор марки ТПП-312-127/220-50 с габаритной мощностью 160 Вт (ближайшее значение в большую сторону ), трансформаторы марки ТН и ТАН в данном случае не подходят.
Вторичные обмотки ТПП-312 имеют по три раздельные обмотки напряжением 10,1в 20,2в и 5,05в, если соединить их последовательно 10,1+20,2+5,05=35,35 вольт, то получаем напряжение на выходе почти 36 вольт. Ток вторичных обмоток по паспорту составляет 2,29А, если соединить две одинаковые обмотки параллельно, то получим нагрузочную способность 4,58А (2,29+2,29).
После выбора нам только остается правильно соединить выходные обмотки параллельно и последовательно.
Последовательно соединяем обмотки для включения в сеть 220 вольт. Последовательно включаем вторичные обмотки, набирая нужное напряжение по 36В на обеих половинках трансформатора и соединяем их параллельно для получения удвоенного значения нагрузочной способности.
Самое важное, правильно соединить обмотки при параллельном и последовательном включении, как первичной так и вторичной обмоток.

Если неправильно включить обмотки трансформатора, то он будет гудеть и перегреваться, что потом приведет его к преждевременному выходу из строя.

По такому же принципу можно подобрать готовый трансформатор на практически любое напряжение и ток, на мощность до 200 Вт, конечно, если напряжение и ток имеют более или менее стандартные величины.
Разные вопросы и советы.
   1. Проверяем готовый трансформатор, а у него ток первичной обмотки оказывается завышенным, что делать? Чтобы не перематывать и не тратить лишнее время домотайте поверх еще одну обмотку, включив ее последовательно с первичной.
   2. При намотке первичной обмотки когда мы делаем большой запас, чтобы уменьшить ток холостого хода, то учитывайте, что соответственно уменьшается и КПД транса.
   3. Для качественной намотки, если применен провод диаметром от 0,6 и выше , то его обязательно надо выпрямить, чтоб он не имел малейшего изгиба и плотно ложился при намотке, зажмите один конец провода в тиски и протяните его с усилием через сухую тряпку, далее наматывайте с нужным усилием, постепенно наматывая слой за слоем. Если приходится делать перерыв, то предусмотрите фиксацию катушки и провода, иначе придется делать все заново. Порой подготовительные работы занимают много времени, но это того стоит для получения качественного результата.
   4. Для практического определения количества витков на вольт, для попавшегося железа в сарае, можно намотать на сердечник проводом обмотку. Для удобства лучше наматывать кратное 10, т.е. 10 витков, 20 витков или 30 витков, больше наматывать не имеет большого смысла. Далее от ЛАТРа постепенно подаем напряжение его увеличивая от 0 и пока не начнет гудеть испытываемый сердечник, вот это и является пределом. Далее делим полученное напряжение подаваемое от ЛАТРа на количество намотанных витков и получаем число витков на вольт, но это значение немного увеличиваем. На практике лучше домотать дополнительную обмотку с отводами для подбора напряжения и тока холостого хода.
   5. При разборке — сборке броневых сердечников обязательно помечайте половинки, как они прилегают друг к другу и собирайте их в обратном порядке, иначе гудение и дребезжание вам обеспечено. Иногда гудения избежать не удается даже при правильной сборке, поэтому рекомендуется собрать сердечник и скрепить чем либо (или собрать на столе, а сверху через кусок доски приложить тяжелый груз), подать напряжение и попробовать найти удачное положение половинок и только потом окончательно закрепить. Помогает и такой совет, поместить готовый собранный трансформатор в лак и потом хорошо просушить при температуре до полного высыхания (иногда используют эпоксидную смолу, склеивая торцы и просушка до полной полимеризации под тяжестью).

Соединение обмоток отдельных трансформаторов

Иногда необходимо получить напряжение нужной величины или ток большей величины, а в наличии имеются готовые отдельные унифицированные трансформаторы, но на меньшее напряжение чем нужно, встает вопрос: а можно ли отдельные трансформаторы включать вместе, чтобы получить нужный ток или величину напряжения?
Для того чтобы получить от двух трансформаторов постоянное напряжение, к примеру 600 вольт постоянного тока, то необходимо иметь два трансформатора которые бы после выпрямителя выдавали бы 300 вольт и после соединив их последовательно два источника постоянного напряжения получим на выходе 600 вольт.

Простейший расчет силового трансформатора

Простейший расчет силового трансформатора позволяет найти сечение сердечника, число витков в обмотках и диаметр провода. Переменное напряжение в сети бывает 220 В, реже 127 В и совсем редко 110 В. Для транзисторных схем нужно постоянное напряжение 10 — 15 В, в некоторых случаях, например для мощных выходных каскадов усилителей НЧ — 25÷50 В. Для питания анодных и экранных цепей электронных ламп чаще всего используют постоянное напряжение 150 — 300 В, для питания накальных цепей ламп переменное напряжение 6,3 В. Все напряжения, необходимые для какого-либо устройства, получают от одного трансформатора, который называют силовым.

Силовой трансформатор выполняется на разборном стальном сердечнике из изолированных друг от друга тонких Ш-образных, реже П-образных пластин, а так же вытыми ленточными сердечниками типа ШЛ и ПЛ (Рис. 1).

Его размеры, а точнее, площадь сечения средней части сердечника выбираются с учетом общей мощности, которую трансформатор должен передать из сети всем своим потребителям.

Упрощенный расчет устанавливает такую зависимость: сечение сердечника S в см², возведенное в квадрат, дает общую мощность трансформатора в Вт.

Например, трансформатор с сердечником, имеющим стороны 3 см и 2 см (пластины типа Ш-20, толщина набора 30 мм), то есть с площадью сечения сердечника 6 см², может потреблять от сети и «перерабатывать» мощность 36 Вт. Это упрощенный расчет дает вполне приемлемые результаты. И наоборот, если для питания электрического устройства нужна мощность 36 Вт, то извлекая квадратный корень из 36, узнаем, что сечение сердечника должно быть 6 см².

Например, должен быть собран из пластин Ш-20 при толщине набора 30 мм, или из пластин Ш-30 при толщине набора 20 мм, или из пластин Ш-24 при толщине набора 25 мм и так далее.

Сечение сердечника нужно согласовать с мощностью для того, чтобы сталь сердечника не попадала в область магнитного насыщения. А отсюда вывод: сечение всегда можно брать с избытком, скажем, вместо 6 см² взять сердечник сечением 8 см² или 10 см². Хуже от этого не будет. А вот взять сердечник с сечением меньше расчетного уже нельзя т. к. сердечник попадет в область насыщения, а индуктивность его обмоток уменьшится, упадет их индуктивное сопротивление, увеличатся токи, трансформатор перегреется и выйдет из строя.

В силовом трансформаторе несколько обмоток. Во-первых, сетевая, включаемая в сеть с напряжением 220 В, она же первичная.

Кроме сетевых обмоток, в сетевом трансформаторе может быть несколько вторичных, каждая на свое напряжение. В трансформаторе для питания ламповых схем обычно две обмотки — накальная на 6,3 В и повышающая для анодного выпрямителя. В трансформаторе для питания транзисторных схем чаще всего одна обмотка, которая питает один выпрямитель. Если на какой-либо каскад или узел схемы нужно подать пониженное напряжение, то его получают от того же выпрямителя с помощью гасящего резистора или делителя напряжения.

Число витков в обмотках определяется по важной характеристике трансформатора, которая называется «число витков на вольт», и зависит от сечения сердечника, его материала, от сорта стали. Для распространенных типов стали можно найти «число витков на вольт», разделив 50—70 на сечение сердечника в см:

Так, если взять сердечник с сечением 6 см², то для него получится «число витков на вольт» примерно 10.

Число витков первичной обмотки трансформатора определяется по формуле:

Это значит, что первичная обмотка на напряжение 220 В будет иметь 2200 витков.

Число витков вторичной обмотки определяется формулой:

Если понадобится вторичная обмотка на 20 В, то в ней будет 240 витков.

Теперь выбираем намоточный провод. Для трансформаторов используют медный провод с тонкой эмалевой изоляцией (ПЭЛ или ПЭВ). Диаметр провода рассчитывается из соображений малых потерь энергии в самом трансформаторе и хорошего отвода тепла по формуле:

Если взять слишком тонкий провод, то он, во-первых, будет обладать большим сопротивлением и выделять значительную тепловую мощность.

Так, если принять ток первичной обмотки 0,15 А, то провод нужно взять 0,29 мм.

многократно проверенный расчет сетевого трансформатора

2. Расчет сетевого (силового) трансформатора.

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

Чтобы не загружать данную страницу, вы можете почитать о принципе действия трансформатора, о параметрах и характеристиках отдельно.
Для расчета сетевого трансформатора необходимо знать исходные данные, а именно напряжения и токи каждой обмотки. Первым шагом является определение суммарной мощности, которая вычисляется как сумма мощностей, потребляемой каждой об-моткой (мощность — это произведение тока на напряжение), поэтому:
,где U1I1, U2I2 и т. д. — произведения напряжений и то-ков вторичных обмоток (здесь ток — это максимальный ток нагрузки). Теперь определяем габаритную мощность, которая получается при делении на КПД:

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

Наиболее распространенные две формы сердечника:

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

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

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

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

Теперь определяем количество витков, приходящихся на 1 вольт напряжения:

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

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

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

Диаметр проводов вторичных обмоток можно найти:

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

Силу тока в первичной обмотке можно определить так:

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

Находим приближенное значение ширины рабочего керна:

Выбираем пластины трансформатора типа Ш-19, для которых а=1,9 см, и находим толщину пакета:
с=S/a=5,84/1,9=3,1 см.
Фактически полученное сечение рабочего керна сердечника:
S=ac=1,9*3,1=5,89 см2.
Определяем коэффициент К. Допустим, что используются пластины трансформа-торной стали типа Ш-19 без отверстий по углам. Тогда К=45.
Находим количество витков на 1 В:
n=K/S=45/5,89=7,64.
Определяем количество витков первичной обмотки при питании от сети напряжением 220 В:
WI=UI*n=220*7,64=1680 витков.
Находим из табл. 3 коэффициент m для каждой из вторичных обмоток:
при I1=1,5A, m1=1,04;
при I2=0,3A, m2=1,02;
при I3=0,059A, m3=1,00.
Определяем количество витков каждой из вторичных обмоток с округлением до ближайшего целого числа:
W1=m1U1n=1,04*6,3*7,64=50 витков;
W2=m2U2n=1,02*12*7,64=94 витков;
W3=m3U3n=1,00*120*7,64=917 витков;
Находим силу тока в первичной обмотке:
I1=Pг/Uсети=23,7/220=0,108 А.
Находим диаметр провода первичной обмотки:

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

Многократно проверенный расчет сетевого трансформатора. Все.

Определение габаритной мощности трансформатора по железу. Как узнать мощность трансформатора? Определение мощности силового трансформатора

Определение мощности силового трансформатора

Как узнать мощность трансформатора?

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

В результате расчётов получаем ориентировочное значение мощности трансформатора

7 Ватт. Такого трансформатора вполне достаточно, чтобы собрать блок питания для монофонического усилителя звуковой частоты на 3-5 ватт, например, на базе микросхемы усилителя TDA2003.

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

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

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

9zip.ru Ламповый звук hi-end и ретро электроника Онлайн-калькулятор расчёта по размерам магнитопровода габаритной мощности трансформатора

Ни для кого не секрет, что радиолюбители частенько самостоятельно мотают трансформаторы под свои нужды. Ведь не всегда найдётся, например, готовый сетевой трансформатор. Более актуальным этот вопрос становится, когда нужен анодно-накальный или выходной трансформатор для лампового усилителя. Здесь остаётся лишь запастись проволокой и подобрать хорошие сердечники.

Достать нужный магнитопровод порой оказывается непросто и приходится выбирать из того, что есть. Для быстрого расчёта габаритной мощности был написан приведённый здесь онлайн калькулятор. По размерам сердечника можно быстро провести все необходимые расчёты, которые выполняются по приведённой ниже формуле, для двух типов: ПЛ и ШЛ.

Введите размеры магнитопровода сердечника трансформатора. При необходимости подкорректируйте остальные значения. Внизу Вы увидите рассчитанную габаритную мощность трансформатора, который можно сделать на таком сердечнике, по формуле:

И небольшой FAQ:

Можно ли использовать железо от трансформаторов бесперебойников для изготовления выходных трансформаторов?

В этих трансформаторах пластины имеют толщину 0,5мм, что не приветствуется в аудио. Но при желании — можно. При расчётах выходников следует исходить из параметров 0,5Тл на частоте 30Гц. При расчётах же силовиков на этом железе следует задавать не более 1,2Тл.

Можно ли использовать пластины от разных трансформаторов?

Если они одинаковые по размерам, то можно. Для этого следует смешать их.

Как правильно собирать магнитопровод?

Для однотактного выходника можно две крайние Ш-пластины поставить с противоположной стороны, как часто сделано в заводских ТВЗ. В промежуток через бумажку уложить I-пластины, на 2 штуки меньше. Взяв трансформатор так, чтобы I-пластины оказались снизу, с лёгким ударом поместить его на толстую ровную металлическую плиту. Это можно делать несколько раз, контролируя процесс измерителем индуктивности, чтобы получить одинаковую пару трансформаторов.

Как определить мощность трансформатора по магнитопроводу?

Для двухтактных усилителей нужно разделить габаритную мощность железа на 6-7. Для однотактных — на 10-12 для триода и на 20 для тетрода-пентода.

Как стягивать силовой трансформатор, нужно ли клеить магнитопровод?

Если хочется склеить, то применяем жидкий клей. Подаём на первичную обмотку постоянку 5-15 вольт, чтобы получить ток около 0,2А. При этом подковы стянутся без деформации. После этого можно надеть бандаж, аккуратно затянуть и оставить, пока клей не высохнет.

Как снять лак, которым покрыты трансформаторы бесперебойников?

Замочить на пару дней в ацетоне или проварить пару часов в воде. После этого лак должен сниматься. Механическое снимание лака недопустимо, т.к. появятся заусенцы и пластины будут коротить между собой.

Годятся ли эти трансформаторы куда-нибудь без разборки и перемотки?

Если на них есть дополнительная обмотка (около 30 вольт), то, соединив её последовательно с первичной, можно получить мощный накальный трансформатор. Но нужно смотреть ток холостого хода, т.к. эти трансформаторы не предназначены для длительной работы и часто намотаны не так, как нам бы хотелось.

Типы магнитопроводов силовых трансформаторов.

Магнитопровод низкочастотного трансформатора состоит из стальных пластин. Использование пластин вместо монолитного сердечника уменьшает вихревые токи, что повышает КПД и снижает нагрев.

Магнитопроводы вида 1, 2 или 3 получают методом штамповки.
Магнитопроводы вида 4, 5 или 6 получают путём навивки стальной ленты на шаблон, причём магнитопроводы типа 4 и 5 затем разрезаются пополам.

1, 4 – броневые,
2, 5 – стержневые,
6, 7 – кольцевые.

Чтобы определить сечение магнитопровода, нужно перемножить размеры «А» и «В». Для расчётов в этой статье используется размер сечения в сантиметрах.

Трансформаторы с витыми стержневым поз.1 и броневым поз.2 магнитопроводами.

Трансформаторы с штампованными броневым поз.1 и стержневым поз.2 магнитопроводами.

Трансформаторы с витыми кольцевыми магнитопроводами.

Как определить габаритную мощность трансформатора.

Габаритную мощность трансформатора можно приблизительно определить по сечению магнитопровода. Правда, ошибка может составлять до 50%, и это связано с рядом факторов. Габаритная мощность напрямую зависит от конструктивных особенностей магнитопровода, качества и толщины используемой стали, размера окна, величины индукции, сечения провода обмоток и даже качества изоляции между отдельными пластинами.

Чем дешевле трансформатор, тем ниже его относительная габаритная мощность.
Конечно, можно путём экспериментов и расчетов определить максимальную мощность трансформатора с высокой точностью, но смысла большого в этом нет, так как при изготовлении трансформатора, всё это уже учтено и отражено в количестве витков первичной обмотки.
Так что, при определении мощности, можно ориентироваться по площади сечения набора пластин проходящего через каркас или каркасы, если их две штуки.

P = B * S² / 1,69

Где:
P – мощность в Ваттах,
B – индукция в Тесла,
S – сечение в см²,
1,69 – постоянный коэффициент.

Сначала определяем сечение, для чего перемножаем размеры А и Б.

S = 2,5 * 2,5 = 6,25 см²

Затем подставляем размер сечения в формулу и получаем мощность. Индукцию я выбрал 1,5Tc, так как у меня броневой витой магнитопровод.

P = 1,5 * 6,25² / 1,69 = 35 Ватт

Если требуется определить необходимую площадь сечения манитопровода исходя из известной мощности, то можно воспользоваться следующей формулой:

S = ²√ (P * 1,69 / B)

Нужно вычислить сечение броневого штампованного магнитопровода для изготовления трансформатора мощностью 50 Ватт.

S = ²√ (50 * 1,69 / 1,3) = 8см²

О величине индукции можно справиться в таблице. Не стоит использовать максимальные значения индукции, так как они могут сильно отличаться для магнитопроводов различного качества.

Максимальные ориентировочные значения индукции.

В этих случаях следует пользоваться электрооборудованием, рассчитанным на пониженное напряжение питания, не более 42 вольт.
Можно пользоваться электрическим фонарем с батарейным питанием или воспользоваться понижающим трансформатором с 220 вольт на 36 вольт.

В качестве примера давайте рассчитаем и изготовим однофазный силовой трансформатор 220/36 вольт.
Для освещения таких помещений подойдет электрическая лампочка на 36 Вольт и мощностью 25 — 60 Ватт. Такие лампочки с цоколем под стандартный патрон продаются в магазинах электро-товаров.

Если вы найдете лампочку другой мощности, например на 40 ватт. нет ничего страшного — подойдет и она. Просто наш трансформатор будет выполнен с запасом по мощности.

СДЕЛАЕМ УПРОЩЕННЫЙ РАСЧЕТ ТРАНСФОРМАТОРА 220/36 ВОЛЬТ.

Мощность во вторичной цепи: Р2 = U2 I2 = 60 ватт

Где:
Р2 – мощность на выходе трансформатора, нами задана 60 ватт;
U2 — напряжение на выходе трансформатора, нами задано 36 вольт;
I2 — ток во вторичной цепи, в нагрузке.

КПД трансформатора мощностью до 100 ватт обычно равно не более &51; = 0,8 .
КПД определяет, какая часть мощности потребляемой от сети идет в нагрузку. Оставшаяся часть идет на нагрев проводов и сердечника. Эта мощность безвозвратно теряется.

Определим мощность потребляемую трансформатором от сети с учетом потерь:

Р1 = Р2 / &51; = 60 / 0,8 = 75 ватт.

Мощность передается из первичной обмотки во вторичную через магнитный поток в магнитопроводе. Поэтому от значения Р1. мощности потребляемой от сети 220 вольт. зависит площадь поперечного сечения магнитопровода S.

Магнитопровод – это сердечник Ш – образной или О – образной формы, набранный из листов трансформаторной стали. На сердечнике будет располагаться каркас с первичной и вторичной обмотками.

Площадь поперечного сечения магнитопровода рассчитывается по формуле:

Где:
S — площадь в квадратных сантиметрах,
P1 — мощность первичной сети в ваттах.

S = 1,2 √75 = 1,2 8,66 = 10,4 см².

По значению S определяется число витков w на один вольт по формуле:

В нашем случае площадь сечения сердечника равна S = 10,4 см.кв.

w = 50 / 10,4 = 4,8 витка на 1 вольт.

Рассчитаем число витков в первичной и вторичной обмотках.

Число витков в первичной обмотке на 220 вольт:

W1 = U1 w = 220 4.8 = 1056 витка.

Число витков во вторичной обмотке на 36 вольт:

W2 = U2 w = 36 4,8 = 172. 8 витков, округляем до 173 витка.

В режиме нагрузки может быть заметная потеря части напряжения на активном сопротивлении провода вторичной обмотки. Поэтому для них рекомендуется число витков брать на 5-10 % больше рассчитанного. Возьмем W2 = 180 витков.

Величина тока в первичной обмотке трансформатора:

I1 = P1 / U1 = 75 / 220 = 0,34 ампера.

Ток во вторичной обмотке трансформатора:

I2 = P2 / U2 = 60 / 36 = 1,67 ампера.

Диаметры проводов первичной и вторичной обмоток определяются по значениям токов в них исходя из допустимой плотности тока, количества ампер на 1 квадратный миллиметр площади проводника. Для трансформаторов плотность тока, для медного провода, принимается 2 А/мм² .

При такой плотности тока диаметр провода без изоляции в миллиметрах определяется по формуле:

Для первичной обмотки диаметр провода будет:

d1 = 0,8 √I 1 = 0,8 √0,34 = 0,8 * 0,58 = 0,46 мм. Возьмем 0,5 мм.

Диаметр провода для вторичной обмотки:

d2 = 0,8 √I 2 = 0,8 √1,67 = 0,8 * 1,3 = 1,04 мм. Возьмем 1,1 мм.

ЕСЛИ НЕТ ПРОВОДА НУЖНОГО ДИАМЕТРА. то можно взять несколько, соединенных параллельно, более тонких проводов. Их суммарная площадь сечения должна быть не менее той, которая соответствует рассчитанному одному проводу.

Площадь поперечного сечения провода определяется по формуле:

где: d — диаметр провода.

Например: мы не смогли найти провод для вторичной обмотки диаметром 1,1 мм.

Площадь поперечного сечения провода диаметром 1,1 мм равна:

s = 0,8 d² = 0,8 1,1² = 0,8 1,21 = 0,97 мм²

Округлим до 1,0 мм² .

Из таблицы выбираем диаметры двух проводов сумма площадей поперечного сечения которых равна 1.0 мм².

Например, это два провода диаметром по 0,8 мм. и площадью по 0,5 мм².

Или два провода:

Первый диаметром 1,0 мм. и площадью сечения 0,79 мм² ,
— второй диаметром 0,5 мм. и площадью сечения 0,196 мм² .
что в сумме дает: 0,79 + 0,196 = 0,986 мм² .

Намотка катушки ведется двумя проводами одновременно, строго выдерживается равное количество витков обоих проводов. Начала этих проводов соединяются между собой. Концы этих проводов также соединяются.
Получается как бы один провод с суммарным поперечным сечением двух проводов.

Программа для расчета силовых трансформаторов Trans50Hz v.3.7.0.0.

Число витков в обмотках определяется по важной характеристике трансформатора, которая называется «число витков на вольт», и зависит от сечения сердечника, его материала, от сорта стали. Для распространенных типов стали можно найти «число витков на вольт», разделив 50-70 на сечение сердечника в см:

Так, если взять сердечник с сечением 6 см², то для него получится «число витков на вольт» примерно 10.

Число витков первичной обмотки трансформатора определяется по формуле:

Это значит, что первичная обмотка на напряжение 220 В будет иметь 2200 витков.

Число витков вторичной обмотки определяется формулой:

Если понадобится вторичная обмотка на 20 В, то в ней будет 240 витков.

Так, если принять ток первичной обмотки 0,15 А, то провод нужно взять 0,29 мм.

Еще записи по теме

Иногда приходится самостоятельно изготовлять силовой трансформатор для выпрямителя. В этом случае простейший расчет силовых трансформаторов мощностью до 100-200 Вт проводится следующим образом.

Зная напряжение и наибольший ток, который должна давать вторичная обмотка (U2 и I2), находим мощность вторичной цепи: При наличии нескольких вторичных обмоток мощность подсчитывают путем сложения мощностей отдельных обмоток.

Мощность передается из первичной обмотки во вторичную через магнитный поток в сердечнике. Поэтому от значения мощности Р1 зависит площадь поперечного сечения сердечника S, которая возрастает при увеличении мощности. Для сердечника из нормальной трансформаторной стали можно рассчитать S по формуле:

где s — в квадратных сантиметрах, а Р1 — в ваттах.

По значению S определяется число витков w» на один вольт. При использовании трансформаторной стали

Если приходится делать сердечник из стали худшего качества, например из жести, кровельного железа, стальной или железной проволоки (их надо предварительно отжечь, чтобы они стали мягкими), то следует увеличить S и w» на 20-30 %.

В режиме нагрузки может быть заметная потеря части напряжения на сопротивлении вторичных обмоток. Поэтому для них рекомендуется число витков брать на 5-10 % больше рассчитанного.

Ток первичной обмотки

Диаметры проводов обмоток определяются по значениям токов и исходя из допустимой плотности тока, которая для трансформаторов принимается в среднем 2 А/мм2. При такой плотности тока диаметр провода без изоляции любой обмотки в миллиметрах определяется по табл. 1 или вычисляется по формуле:

Когда нет провода нужного диаметра, то можно взять несколько соединенных параллельно более тонких проводов. Их суммарная площадь сечения должна быть не менее той, которая соответствует рассчитанному одному проводу. Площадь поперечного сечения провода определяется по табл. 1 или рассчитывается по формуле:

Для обмоток низкого напряжения, имеющих небольшое число витков толстого провода и расположенных поверх других обмоток, плотность тока можно увеличить до 2,5 и даже 3 А/мм2, так как эти обмотки имеют лучшее охлаждение. Тогда в формуле для диаметра провода постоянный коэффициент вместо 0,8 должен быть соответственно 0,7 или 0,65.

В заключение следует проверить размещение обмоток в окне сердечника. Общая площадь сечения витков каждой обмотки находится (умножением числа витков w на площадь сечения провода, равную 0,8d2из, где dиз — диаметр провода в изоляции. Его можно определить по табл. 1, в которой также указана масса провода. Площади сечения всех обмоток складываются. Чтобы учесть ориентировочно неплотность намотки, влияние каркаса изоляционных прокладок между обмотками и их слоями, нужно найденную площадь увеличить в 2-3 раза. Площадь окна сердечника не должна быть меньше значения, полученного из расчета.

В качестве примера рассчитаем силовой трансформатор для выпрямителя, питающего некоторое устройство с электронными лампами. Пусть трансформатор должен иметь обмотку высокого напряжения, рассчитанную на напряжение 600 В и ток 50 мА, а также обмотку для накала ламп, имеющую U = 6,3 В и I = 3 А. Сетевое напряжение 220 В.

Определяем общую мощность вторичных обмоток:

Мощность первичной цепи

Находим площадь сечения сердечника из трансформаторной стали:

Число витков на один вольт

Ток первичной обмотки

Число витков и диаметр проводов обмоток равны:

Для первичной обмотки

Для повышающей обмотки

Для обмотки накала ламп

Предположим, что окно сердечника имеет площадь сечения 5×3 = 15 см2 или 1500 мм2, а у выбранных проводов диаметры с изоляцией следующие: d1из = 0,44 мм; d2из = 0,2 мм; d3из = 1,2 мм.

Проверим размещение обмоток в окне сердечника. Находим площади сечения обмоток:

Для первичной обмотки

Для повышающей обмотки

Для обмотки накала ламп

Общая площадь сечения обмоток составляет примерно 430 мм2.

Как видно, она в три с лишним раза меньше площади окна и, следовательно, обмотки разместятся.

Расчет автотрансформатора имеет некоторые особенности. Его сердечник надо рассчитывать не на полную вторичную мощность Р2, а только на ту ее часть, которая передается магнитным потоком и может быть названа трансформируемой мощностью Рт.

Эта мощность определяется по формулам:

Для повышающего автотрансформатора

Для понижающего автотрансформатора, причем

Если автотрансформатор имеет отводы и будет работать при различных значениях n, то в расчете надо брать значение п, наиболее отличающееся от единицы, так как в этом случае значение Рт будет наибольшее и надо, чтобы сердечник мог передать такую мощность.

Затем определяется расчетная мощность Р, которая может быть принята равной 1,15 Рт. Множитель 1,15 здесь учитывает КПД автотрансформатора, который обычно несколько выше, чем у трансформатора. Д

алее применяются формулы расчета площади сечения сердечника (по мощности Р), числа витков на вольт, диаметров проводов, указанные выше для трансформатора. При этом надо иметь в виду, что в части обмотки, являющейся общей для первичной и вторичной цепей, ток равен I1 — I2, если автотрансформатор повышающий, и I2 — I1 если он понижающий.

В домашнем хозяйстве бывает необходимо оборудовать освещение в сырых помещениях: подвале или погребе и т.д. Эти помещения имеют повышенную степень опасности поражения электрическим током.
В этих случаях следует пользоваться электрооборудованием рассчитанным на пониженное напряжение питания, не более 42 вольт .
Можно пользоваться электрическим фонарем с батарейным питанием или воспользоваться понижающим трансформатором с 220 вольт на 36 вольт.
Рассчитаем и изготовим однофазный силовой трансформатор 220/36 вольт, с выходным напряжением 36 вольт с питанием от электрической сети переменного тока напряжением 220 вольт.

Для освещения таких помещений подойдет электрическая лампочка на 36 Вольт и мощностью 25 — 60 Ватт. Такие лампочки с цоколем под обыкновенный электропатрон продаются в магазинах электротоваров.
Если вы найдете лампочку на другую мощнось, например на 40 ватт , нет ничего страшного — подойдет и она. Просто трансформатор будет выполнен с запасом по мощности.

СДЕЛАЕМ УПРОЩЕННЫЙ РАСЧЕТ ТРАНСФОРМАТОРА 220/36 ВОЛЬТ.

Мощность во вторичной цепи: Р_2 = U_2 · I_2 = 60 ватт

Где:
Р_2 – мощность на выходе трансформатора, нами задана 60 ватт ;
U _2 — напряжение на выходе трансформатора, нами задано 36 вольт ;
I _2 — ток во вторичной цепи, в нагрузке.

КПД трансформатора мощностью до 100 ватт обычно равно не более η = 0,8 .
КПД определяет, какая часть мощности потребляемой от сети идет в нагрузку. Оставшаяся часть идет на нагрев проводов и сердечника. Эта мощность безвозвратно теряется.
Определим мощность потребляемую трансформатором от сети с учетом потерь:

Р_1 = Р_2 / η = 60 / 0,8 = 75 ватт .

Мощность передается из первичной обмотки во вторичную через магнитный поток в магнитопроводе.Поэтому от значения Р_1 , мощности потребляемой от сети 220 вольт, зависит площадь поперечного сечения магнитопровода S .

Магнитопровод – это сердечник Ш – образной или О – образной формы, набранный из листов трансформаторной стали. На сердечнике будут располагаться первичная и вторичная обмотки провода.

Площадь поперечного сечения магнитопровода рассчитывается по формуле:

S = 1,2 · √P_1.

Где:
S — площадь в квадратных сантиметрах,
P _1 — мощность первичной сети в ваттах.

S = 1,2 · √75 = 1,2 · 8,66 = 10,4 см².

По значению S определяется число витков w на один вольт по формуле:

w = 50/S

В нашем случае площадь сечения сердечника равна S = 10,4 см.кв.

w = 50/10,4 = 4,8 витка на 1 вольт.

Рассчитаем число витков в первичной и вторичной обмотках.

Число витков в первичной обмотке на 220 вольт:

W1 = U_1 · w = 220 · 4.8 = 1056 витка.

Число витков во вторичной обмотке на 36 вольт:

W2 = U_2 · w = 36 · 4,8 = 172.8 витков ,

округляем до 173 витка .

Величина тока в первичной обмотке трансформатора:

I_1 = P_1/U_1 = 75/220 = 0,34 ампера .

Ток во вторичной обмотке трансформатора:

I_2 = P_2/U_2 = 60/36 = 1,67 ампера.

Диаметры проводов первичной и вторичной обмоток определяются по значениям токов в них исходя из допустимой плотности тока, количества ампер на 1 квадратный миллиметр площади проводника. Для трансформаторов плотность тока, для медного провода, принимается 2 А/мм² .

При такой плотности тока диаметр провода без изоляции в миллиметрах определяется по формуле: d = 0,8√I .

Для первичной обмотки диаметр провода будет:

d_1 = 0,8 · √1_1 = 0,8 · √0,34 = 0,8 · 0,58 = 0,46 мм. Возьмем 0,5 мм .

Диаметр провода для вторичной обмотки:

d_2 = 0,8 · √1_2 = 0,8 · √1,67 = 0,8 · 1,3 = 1,04 мм. Возьмем 1,1 мм.

ЕСЛИ НЕТ ПРОВОДА НУЖНОГО ДИАМЕТРА, то можно взять несколько, соединенных параллельно, более тонких проводов. Их суммарная площадь сечения должна быть не менее той, которая соответствует рассчитанному одному проводу.

Площадь поперечного сечения провода определяется по формуле:

s = 0,8 · d².

где : d — диаметр провода .

Например: мы не смогли найти провод для вторичной обмотки диаметром 1,1 мм.

Площадь поперечного сечения провода диаметром 1,1 мм. равна:

s = 0,8 · d² = 0,8 · 1,1² = 0,8 · 1,21 = 0,97 мм² .

Округлим до 1,0 мм².

Из таблицы выбираем диаметры двух проводов сумма площадей сечения которых равна 1.0 мм².

Например, это два провода диаметром по 0,8 мм . и площадью по0,5 мм² .

Или два провода:
— первый диаметром 1,0 мм . и площадью сечения 0,79 мм² ,
— второй диаметром 0,5 мм . и площадью сечения 0,196 мм² .
что в сумме дает: 0,79 + 0,196 = 0,986 мм².

Получается как бы один провод с суммарным поперечным сечением двух проводов.

Смотрите статьи:
— «Как намотать трансформатор на Ш-образном сердечнике».
— «Как изготовить каркас для Ш — образного сердечника».

Электрический аппарат — трансформатор используется для преобразования поступающего переменного напряжения в другое — исходящее, к примеру: 220 В в 12 В (конкретно это преобразование достигается использованием понижающего трансформатора). Прежде чем разбираться с тем, как рассчитать трансформатор, вы в первую очередь должны обладать знаниями о его структуре.

Простейший трансформатор является компоновкой магнитопровода и обмоток 2-х видов: первичной и вторичной, специально намотанных на него. Первичная обмотка воспринимает подающееся переменное напряжение от сети (н-р: 220 В), а вторичная обмотка, посредством индуктивной связи создает другое переменное напряжение. Разность витков в обмотках влияет на выходное напряжение.

Расчет ш-образного трансформатора

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

Как рассчитать мощность трансформатора

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

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

Как рассчитать трансформатор тока

Основной характеризующей чертой трансформатора является коэффициент трансформации, который указывает, насколько изменятся основные параметры тока, вследствие его прохождения через это устройство.

Если коэффициент трансформации превышает 1, значит, трансформатор является понижающим, а если меньше этого показателя, то повышающим.

Обычный трансформатор образован из двух катушек. Определитесь с количеством витков катушек N1 и N2, которые соединены магнитопроводом. Узнайте коэффициент трансформации k посредством деления количества витков первичной катушки N1, подключенной к источнику тока, на число витков катушки N2, к которой подключена нагрузка: k=N1/N2.
Проведите измерение электродвижущей силы (ЭДС) на обоих трансфорсматорных обмотках ε1 и ε2, если отсутствует возможность узнать число витков в них. Сделать это можно так: к источнику тока подключите первичную обмотку. Получится так называемый холостой ход. Используя тестер, определите напряжение на каждой обмотке. Оно будет соответствовать ЭДС измеряемой обмотки. Не забывайте, что возникающие потери энергии из-за сопротивления обмоток настолько малы, что ими можно пренебречь. Коэффициент трансформации рассчитывается через отношение ЭДС первичной обмотки к ЭДС вторичной: k= ε1/ε2.
Узнайте коэффициент трансформации находящегося в работе трансформатора, когда потребитель присоединен к вторичной обмотке. Определите его путем деления тока в первичной I1 обмотке, на возникший ток во вторичной I2 обмотке. Измерьте ток посредством последовательного присоединения тестера (переключенного в режим работы амперметра) к обмоткам: k=I1/I2.

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

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

P=U н * I н

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

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

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

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

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

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

В быту и технике широко применяется низковольтная аппаратура. Этот факт требует использования устройств, понижающих стандартное напряжение до необходимого уровня. Нужно создать прибор, который соответствует предъявляемым нормам. Перед электриком встаёт задача, как определить мощность трансформатора. Знание элементарных физических законов помогает решить проблему.

Теория и история

Латинское слово transformare переводится на русский язык как «превращение». Трансформатор предназначен для изменения уровня входного напряжения на определённую величину. Устройство состоит из одной или нескольких обмоток на замкнутом магнитопроводе. Катушки наматываются из алюминиевого или медного провода. Сердечник набирается из пластин с повышенными ферромагнитными свойствами.

Первичная обмотка присоединяется к электрической сети переменного тока. Во вторичную обмотку включается устройство, которому требуется напряжение другой величины.

После подключения к трансформатору питания в магнитопроводе появляется замкнутый магнитный поток, который индуцирует в каждой катушке переменную электродвижущую силу. Закон Фарадея гласит, что ЭДС равна скорости изменения магнитного потока, который проходит через электромагнитный контур. Знак «минус» указывает на противоположность направлений магнитного поля и ЭДС.

Формула e = − n (∆Ф ∕ ∆ t) объединяет следующие понятия:

Электродвижущая сила e, исчисляемая в вольтах.
Количество витков n в индукторе.
Магнитный поток Ф, единица измерения которого называется вебером.
Время t, необходимое для одной фазы изменения магнитного поля.

Учитывая незначительность потерь в катушке индуктивности, ЭДС приравнивается к напряжению в обмотке. Отношение напряжений в первичной и вторичной обмотке равно отношению количества витков в двух катушках. Отсюда выводится формула трансформатора:

K ≈ U ₁ ∕ U ₂ ≈ n ₁ ∕ n ₂.

Коэффициент K всегда больше единицы. В трансформаторе изменяется только напряжение и сила тока. Умноженные друг на друга, они определяют мощность прибора, постоянную величину для конкретного устройства. Соотношение тока и напряжения в обмотках раскрывает формула:

K = n₁ ∕ n₂ = I ₂ ∕ I₁ = U₁ ∕ U₂.

Иначе говоря, во сколько раз уменьшено напряжение во вторичной обмотке в сравнении с напряжением в первичной катушке, во столько раз сила тока во вторичной катушке больше тока в первичной обмотке. Различное напряжение устанавливается количеством витков в каждом индукторе. Формула, описывающая коэффициент K, объясняет, как рассчитать трансформатор.

Трансформатор предназначен для работы в цепи переменного напряжения. Постоянный ток не индуцирует ЭДС в магнитопроводе, и электрическая энергия не передаётся в другую обмотку.

Ещё в 1822 году Фарадей озаботился мыслью, как превратить магнетизм в электрический ток. Многолетние исследования приводят к созданию цикла статей, в которых описывалось физическое явление электромагнитной индукции. Фундаментальный труд публиковался в научном журнале английского Королевского общества.

Суть опытов состояла в том, что исследователь намотал два куска медной проволоки на кольцо из железа. К одной из катушек подключался постоянный ток. Гальванометр, соединённый с контактами другой обмотки, фиксировал кратковременное появление напряжения. Чтобы восстановить индукцию, экспериментатор отключал источник питания, а затем вновь замыкал контакты на батарею.

Работу Майкла Фарадея высоко оценило научное сообщество Великобритании. В 1832 году физик удостоился престижной награды. За выдающиеся работы в области электромагнетизма учёный награждён медалью Копли.

Однако устройство, собранное Фарадеем, ещё трудно назвать трансформатором. Аппарат, который действительно преобразовывал напряжение и ток, запатентован в Париже 30 ноября 1876 года. В 80-х годах позапрошлого столетия автор изобретения и конструктор трансформатора П. Н. Яблочков жил во Франции. В это же время выдающийся русский электротехник представил миру и прообраз прожектора — «свечу Яблочкова».

Расчёт параметров прибора

Иногда в руки к электрику попадает прибор без описания технических характеристик. Тогда специалист определяет мощность трансформатора по сечению магнитопровода. Площадь сечения находится перемножением ширины и толщины сердечника. Полученное число возводится в квадрат. Результат укажет на примерную мощность устройства.

Желательно, чтобы площадь магнитопровода немного превышала расчётное значение. Иначе тело сердечника попадёт в область насыщения магнитного поля, что приведёт к падению индуктивности и сопротивления катушки. Этот процесс увеличит уровень проходящего тока, вызовет перегрев устройства и поломку.

Практический расчёт силового трансформатора не займёт много времени. Например, перед домашним мастером стоит задача осветить рабочий уголок в гараже. В помещении имеется бытовая розетка на 220 В, в которую необходимо подключить светильник с лампой мощностью 40 Вт на 36 В. Требуется рассчитать технические параметры понижающего трансформатора.

Определение мощности

Во время работы устройства неизбежны тепловые потери. При нагрузке, не превышающей 100 Вт, коэффициент полезного действия равен 0,8. Истинная потребная мощность трансформатора P₁ определяется делением мощности лампы P₂ на КПД:

P₁ = P₂ ∕ μ = 40 ∕ 0‚8 = 50

Округление осуществляется в бо́льшую сторону. Результат 50 Вт.

Вычисление сечения сердечника

От мощности трансформатора зависят размеры магнитопровода. Площадь сечения определяется следующим образом.

S = 1‚2∙√P₁ = 1‚2∙ 7‚07 = 8‚49

Поперечное сечение сердечника должно иметь площадь не менее 8‚49 см².

Расчёт количества витков

Площадь магнитопровода помогает определить количество витков провода на 1 вольт напряжения:

n = 50 ∕ S = 50 ∕ 8‚49 = 5‚89.

Разности потенциалов в один вольт будут соответствовать 5‚89 оборотам провода вокруг сердечника. Поэтому первичная обмотка с напряжением 220 В состоит из 1296 витков, а для вторичной катушки потребуется 212 витков. Во вторичной обмотке происходят потери напряжения, вызванные активным сопротивлением провода. Вследствие этого специалисты рекомендуют увеличить количество витков в выходной катушке на 5−10%. Скорректированное число витков будет равно 233.

Токи в обмотках

Следующий этап — нахождение силы тока в каждой обмотке, которое вычисляется делением мощности на напряжение. После нехитрых подсчётов получается требуемый результат.

В первичной катушке I₁ = P₁ ∕ U₁ = 50 ∕ 220 = 0‚23 ампера, а во вторичной катушке I₂ = P₂ ∕ U₂ = 40 ∕ 36 = 1‚12 ампера.

Диаметр провода

Расчёт обмоток трансформатора завершается определением толщины провода, сечение которого вычисляется по формуле: d = 0‚8 √ I. Слой изоляции в расчёт не берётся. Проводник входной катушки должен иметь диаметр:

d₁ = 0‚8 √I₁ =0‚8 √0‚23 = 0‚8 ∙ 0‚48 = 0‚38.

Для намотки выходной обмотки потребуется провод с диаметром:

d₂ = 0‚8 √I₂ =0‚8 √1‚12 = 0‚8 ∙ 1‚06 = 0‚85.

Размеры определены в миллиметрах. После округления получается, что первичная катушка наматывается проволокой толщиной 0‚5 мм, а на вторичную обмотку подойдёт провод в 1 мм.

Виды и применение трансформаторов

Области использования трансформаторов разнообразны. Устройства, повышающие напряжение, эксплуатируются в промышленных целях для транспортировки электроэнергии на значительные расстояния. Понижающие трансформаторы используются в радиоэлектронике и для подсоединения бытовой техники.

Некоторые народные умельцы, недовольные пониженным напряжением в сети, рискуют включать бытовые приборы через повышающий трансформатор. Спонтанный скачок напряжения может привести к тому, что яркий комнатный свет заменит очень яркое пламя пожара.

По задачам, которые решает трансформатор, приборы делятся на основные виды:

Любое изменение параметров электричества в цепи связано с трансформатором. Специалисту, проектирующему электронные схемы, необходимо знание природы электромагнетизма. Технология расчёта обмоток трансформатора основана на базовых формулах физики.

Электротехнику, занятому рутинным делом намотки трансформатора, стоит помянуть добрым словом дядюшку Фарадея, который открыл замечательный закон электромагнитной индукции. Глядя на готовое устройство, следует также вспомнить великого соотечественника, русского изобретателя Павла Николаевича Яблочкова.

Типы магнитопроводов силовых трансформаторов.

Магнитопроводы бывают:

1, 4 – броневые,
2, 5 – стержневые,
6, 7 – кольцевые.

Трансформаторы с витыми стержневым поз.1 и броневым поз.2 магнитопроводами.

Трансформаторы с штампованными броневым поз.1 и стержневым поз.2 магнитопроводами.

Трансформаторы с витыми кольцевыми магнитопроводами.

Как определить габаритную мощность трансформатора.

P = B * S² / 1,69

Где:
P – мощность в Ваттах,
B – индукция в Тесла,
S – сечение в см²,
1,69 – постоянный коэффициент.

Пример:

Сначала определяем сечение, для чего перемножаем размеры А и Б.

S = 2,5 * 2,5 = 6,25 см²

P = 1,5 * 6,25² / 1,69 = 35 Ватт

S = ²√ (P * 1,69 / B)

Пример:

S = ²√ (50 * 1,69 / 1,3) = 8см²

Максимальные ориентировочные значения индукции.

В этих случаях следует пользоваться электрооборудованием, рассчитанным на пониженное напряжение питания, не более 42 вольт .
Можно пользоваться электрическим фонарем с батарейным питанием или воспользоваться понижающим трансформатором с 220 вольт на 36 вольт .

В качестве примера давайте рассчитаем и изготовим однофазный силовой трансформатор 220/36 вольт.
Для освещения таких помещений подойдет электрическая лампочка на 36 Вольт и мощностью 25 — 60 Ватт . Такие лампочки с цоколем под стандартный патрон продаются в магазинах электро-товаров.

Если вы найдете лампочку другой мощности, например на 40 ватт , нет ничего страшного — подойдет и она. Просто наш трансформатор будет выполнен с запасом по мощности.

СДЕЛАЕМ УПРОЩЕННЫЙ РАСЧЕТ ТРАНСФОРМАТОРА 220/36 ВОЛЬТ.

Мощность во вторичной цепи: Р2 = U2 I2 = 60 ватт

Где:
Р2 – мощность на выходе трансформатора, нами задана 60 ватт ;
U2 — напряжение на выходе трансформатора, нами задано 36 вольт ;
I2 — ток во вторичной цепи, в нагрузке.

КПД трансформатора мощностью до 100 ватт обычно равно не более η = 0,8 .
КПД определяет, какая часть мощности потребляемой от сети идет в нагрузку. Оставшаяся часть идет на нагрев проводов и сердечника. Эта мощность безвозвратно теряется.

Определим мощность потребляемую трансформатором от сети с учетом потерь:

Р1 = Р2 / η = 60 / 0,8 = 75 ватт.

Мощность передается из первичной обмотки во вторичную через магнитный поток в магнитопроводе. Поэтому от значения Р1 , мощности потребляемой от сети 220 вольт , зависит площадь поперечного сечения магнитопровода S .

Площадь поперечного сечения магнитопровода рассчитывается по формуле:

S = 1,2 √P1

Где:
S — площадь в квадратных сантиметрах,
P1 — мощность первичной сети в ваттах.

S = 1,2 √75 = 1,2 8,66 = 10,4 см².

По значению S определяется число витков w на один вольт по формуле:

w = 50 / S

В нашем случае площадь сечения сердечника равна S = 10,4 см.кв .

w = 50 / 10,4 = 4,8 витка на 1 вольт.

Рассчитаем число витков в первичной и вторичной обмотках.

Число витков в первичной обмотке на 220 вольт:

W1 = U1 w = 220 4.8 = 1056 витка.

Число витков во вторичной обмотке на 36 вольт:

W2 = U2 w = 36 4,8 = 172.8 витков, округляем до 173 витка.

Величина тока в первичной обмотке трансформатора:

I1 = P1 / U1 = 75 / 220 = 0,34 ампера.

Ток во вторичной обмотке трансформатора:

I2 = P2 / U2 = 60 / 36 = 1,67 ампера.

При такой плотности тока диаметр провода без изоляции в миллиметрах определяется по формуле:

s = 0,8 d²

где: d — диаметр провода.

Например: мы не смогли найти провод для вторичной обмотки диаметром 1,1 мм .

Площадь поперечного сечения провода диаметром 1,1 мм равна:

s = 0,8 d² = 0,8 1,1² = 0,8 1,21 = 0,97 мм²

Округлим до 1,0 мм² .

Из таблицы выбираем диаметры двух проводов сумма площадей поперечного сечения которых равна 1.0 мм² .

Например, это два провода диаметром по 0,8 мм . и площадью по 0,5 мм² .

Или два провода:

Первый диаметром 1,0 мм . и площадью сечения 0,79 мм² ,
— второй диаметром 0,5 мм . и площадью сечения 0,196 мм² .
что в сумме дает: 0,79 + 0,196 = 0,986 мм² .

Как узнать мощность трансформатора?

Определение мощности силового трансформатора

Эти преобразования электрического тока необходимы, поскольку любая электронная аппаратура собрана на транзисторах и микросхемах, которым обычно требуется напряжение не более 5-12 вольт.

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

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

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

P=U_н * I_н

,где U_н – напряжение в вольтах; I_н – ток в амперах; P – мощность в ваттах.

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

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

Перемножаем толщину набора магнитопровода (2 см.) и ширину центрального лепестка пластины (1,7 см.). Получаем сечение магнитопровода – 3,4 см². Далее нам понадобиться следующая формула.

,где S – площадь сечения магнитопровода; P_тр – мощность трансформатора; 1,3 – усреднённый коэффициент.

Подставим в формулу значение сечения S = 3,4 см², которое мы получили ранее.

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

Главная &raquo Радиоэлектроника для начинающих &raquo Текущая страница

Также Вам будет интересно узнать:

Как узнать мощность трансформатора по габаритам

Габаритную мощность трансформатора можно приблизительно узнать по сечению магнитопровода. Правда, ошибка может составлять до 50%, и это связано с рядом факторов. Габаритная мощность напрямую зависит от конструктивных особенностей магнитопровода, качества и толщины используемой стали, размера окна, величины индукции, сечения провода обмоток и даже качества изоляции между отдельными пластинами.

Так что, при определении мощности, можно ориентироваться по площади сечения набора пластин проходящего через каркас или каркасы, если их две штуки.

P = B * S² / 1,69

P – мощность в Ваттах,
B – индукция в Тесла,
S – сечение в см²,
1,69 – постоянный коэффициент.

расчет мощности трансформатора по габаритам

Пример:

Сначала определяем сечение, для чего перемножаем размеры А и Б.

S = 2,5 * 2,5 = 6,25 см²

P = 1,5 * 6,25² / 1,69 = 35 Ватт

S = ²√ (P * 1,69 / B)

Пример:
Нужно вычислить сечение броневого штампованного магнитопровода для изготовления трансформатора мощностью 50 Ватт.

S = ²√ (50 * 1,69 / 1,3) = 8см²

Максимальные ориентировочные значения индукции

Тип магнитопровода	Магнитная индукция мах (Тл) при мощности трансформатора (Вт)
Тип магнитопровода	5-10	10-50	50-150	150-300	300-1000
Броневой штампованный	1,2	1,3	1,35	1,35	1,3
Броневой витой	1,55	1,65	1,65	1,65	1,6
Кольцевой витой	1,7	1,7	1,7	1,65	1,6

Видео: Как определить мощность трансформатора, несколько способов

Описание нескольких способов определения мощности 50 Гц трансформаторов.

Поделиться ссылкой:

Как узнать мощность трансформатора по железу — MOREREMONTA

Определение мощности силового трансформатора

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

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

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

,где U_н – напряжение в вольтах; I_н – ток в амперах; P – мощность в ваттах.

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

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

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

,где S – площадь сечения магнитопровода; P_тр – мощность трансформатора; 1,3 – усреднённый коэффициент.

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

В результате расчётов получаем ориентировочное значение мощности трансформатора

P – мощность в Ваттах,
B – индукция в Тесла,
S – сечение в см²,
1,69 – постоянный коэффициент.

расчет мощности трансформатора по габаритам

Сначала определяем сечение, для чего перемножаем размеры А и Б.

S = 2,5 * 2,5 = 6,25 см²

P = 1,5 * 6,25² / 1,69 = 35 Ватт

S = ²√ (50 * 1,69 / 1,3) = 8см²

Максимальные ориентировочные значения индукции

Тип магнитопровода	Магнитная индукция мах (Тл) при мощности трансформатора (Вт)
Тип магнитопровода	5-10	10-50	50-150	150-300	300-1000
Броневой штампованный	1,2	1,3	1,35	1,35	1,3
Броневой витой	1,55	1,65	1,65	1,65	1,6
Кольцевой витой	1,7	1,7	1,7	1,65	1,6

Видео: Как определить мощность трансформатора, несколько способов

Описание нескольких способов определения мощности 50 Гц трансформаторов.

Так, если взять сердечник с сечением 6 см², то для него получится «число витков на вольт» примерно 10.

Число витков первичной обмотки трансформатора определяется по формуле:

Это значит, что первичная обмотка на напряжение 220 В будет иметь 2200 витков.

Число витков вторичной обмотки определяется формулой:

Если понадобится вторичная обмотка на 20 В, то в ней будет 240 витков.

Так, если принять ток первичной обмотки 0,15 А, то провод нужно взять 0,29 мм.

Руководство по трансформаторам — Основы трансформаторов с железным сердечником

12. Проектирование и изготовление трансформатора

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

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

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

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

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

Поскольку потеря пространства является функцией метода перемежения, трансформатор производителя заботит то, что он называет коэффициентом укладки (соотношение от эффективной рабочей площади поперечного сечения до фактического или измеренного поперечного сечения площадь ядра). При использовании пластин из одной и той же штамповочной матрицы соединенный встык сердечник без чередования дает больший коэффициент штабелирования, и является предпочтительным методом. Чем больше коэффициент штабелирования, тем меньше требуется железа. для достижения заданной рабочей площади поперечного сечения.Например, альтернативное чередование-выполненное поочередно меняя местами Е и Я — дает коэффициент суммирования приблизительно 0,87, в то время как соединение встык без разворота E и I дает наложение коэффициент лучше 0,94. 8 X dt

, где NP = первичная обмотка

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

, где N = вторичные витки

Разделив уравнение (14) на уравнение (15): например, _ NP

e. — Н. (16)

Уравнение (16) было получено на основе двух предположений.

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

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

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

14. КПД и токи катушек

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

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

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

КПД

% = e •! • x 100 (17)

eglg

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

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

или, например, i.

(19)

e. я,

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

и. _ Nr ii: N. (20)

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

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

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

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

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

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

КПД

% = выходная мощность eJs

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

100 X 100, так что

= 85 Х 8 Х 120

= 816 вольт-ампер 100

(21)

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

15.Связь и взаимная индуктивность

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

(22)

Самоиндукция в одной катушке определяется аналогичным уравнением:

di e1 = L dt

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

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

максимум M = ~ (24)

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

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

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

~ (25)

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

16. Экспериментальное определение M и k

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

+ L2

+ 2M для серийного обслуживания L1

+ L2

— 2М для последовательно-встречных (26)

(27)

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

Затем они соединяются последовательно-встречно и измеряется L 10.

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

Lta — Lto = 4M или (28)

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

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

Решение. Приведены количества L1

= 2 генри, L2

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

Таким образом,

= 14

= 3 генри 4 и M k —-

— ~ 3

= Vf2 «= 0,866

17. Индуктивность утечки

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

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

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

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

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

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

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

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

18. Распределенная емкость

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

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

C _ 0,2251 нед (31)

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

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

, где Cb — распределенная емкость в мкФ.

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

C _ 0,301 Вт K (NL — 1)

К — dNL2 (33)

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

19. Размеры трансформатора

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

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

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

20. Максимальные рабочие температуры

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

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

==========

ТАБЛИЦА 1

Класс Макс. Темп. Материалы

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

105 ° С

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

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

(3) Пленки и листы из ацетата целлюлозы

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

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

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

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

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

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

21. КПД трансформаторов малой и большой мощности

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

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

22. Основные материалы

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

23. ВИКТОРИНА

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

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

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

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

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

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

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

8. Что подразумевается под индуктивностью рассеяния?

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

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

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

См. Также:

Руководство по промышленным силовым трансформаторам

ТРАНСФОРМАТОРЫ : Основные принципы Промышленные трансформаторы

Трансформаторы — University Physics Volume 2

Цели обучения

К концу раздела вы сможете:

Объясните, почему электростанции передают электроэнергию при высоком напряжении и малом токе и как они это делают
Разработать взаимосвязи между током, напряжением и количеством обмоток в повышающих и понижающих трансформаторах

Хотя электроэнергия переменного тока вырабатывается при относительно низком напряжении, она передается по линиям передачи с очень высоким напряжением (до 500 кВ).Одна и та же мощность может передаваться при разных напряжениях, потому что мощность — это продукт (для простоты мы игнорируем фазовый коэффициент. Таким образом, конкретная потребность в мощности может быть удовлетворена при низком напряжении и высоком токе или при высоком напряжении и низком токе. Преимущество выбора высокого напряжения / низкого тока заключается в том, что он приводит к более низким омическим потерям в линиях передачи, которые могут быть значительными в линиях длиной много километров ((Рисунок)).

Среднеквадратичное значение напряжения электростанции в конечном итоге необходимо понизить с 12 кВ до 240 В, чтобы его можно было безопасно ввести в дом.Линия передачи высокого напряжения позволяет передавать слабый ток через подстанцию на большие расстояния.

Обычно переменные ЭДС, производимые на электростанциях, «повышаются» до очень высоких напряжений перед передачей по линиям электропередачи; затем они должны быть «понижены» до относительно безопасных значений (110 или 220 В, действующее значение), прежде чем они будут введены в дома. Устройство, которое преобразует напряжение из одного значения в другое с помощью индукции, — это трансформатор ((рисунок)).

Трансформаторы

используются для понижения высокого напряжения в линиях электропередачи до 110–220 В, используемых в домах. (кредит: модификация работы Fortyseven / Flickr)

Как показано на рисунке, трансформатор в основном состоит из двух отдельных катушек или обмоток, намотанных вокруг сердечника из мягкого железа. Первичная обмотка имеет петли или витки и подключена к переменному напряжению. Вторичная обмотка имеет витки и подключена к нагрузочному резистору. Мы предполагаем идеальный случай, когда все силовые линии магнитного поля ограничены сердечником, так что одинаковый магнитный поток проникает в каждый виток как первичной, так и вторичной обмоток.Мы также пренебрегаем потерями энергии на магнитный гистерезис, на омический нагрев в обмотках и на омический нагрев индуцированных вихревых токов в сердечнике. У хорошего трансформатора потери могут составлять всего 1% от передаваемой мощности, так что это неплохое предположение.

Повышающий трансформатор (во вторичной обмотке больше витков, чем в первичной). Две обмотки намотаны на сердечник из мягкого железа.

Для анализа схемы трансформатора сначала рассмотрим первичную обмотку.Входное напряжение равно разности потенциалов, индуцированной на первичной обмотке. Согласно закону Фарадея, индуцированная разность потенциалов равна потоку, проходящему через один виток первичной обмотки. Таким образом,

Точно так же выходное напряжение, подаваемое на нагрузочный резистор, должно равняться разности потенциалов, индуцированной во вторичной обмотке. Поскольку трансформатор идеален, магнитный поток через каждый виток вторичной обмотки также составляет

Объединяя последние два уравнения, получаем

Следовательно, при соответствующих значениях входного напряжения можно «повышать» или «понижать» () до выходного напряжения.Это часто сокращенно называют уравнением трансформатора,

, который показывает, что отношение вторичного напряжения к первичному в трансформаторе равно отношению количества витков в их обмотках. Для повышающего трансформатора, который увеличивает напряжение и уменьшает ток, это отношение больше единицы; для понижающего трансформатора, который снижает напряжение и увеличивает ток, это отношение меньше единицы.

Согласно закону сохранения энергии, мощность, вводимая в первичную обмотку в любой момент, должна быть равна мощности, рассеиваемой в резисторе вторичной цепи; таким образом,

В сочетании с (Рисунок) это дает

Если напряжение повышается, ток понижается, и наоборот.

Наконец, мы можем использовать вместе с (Рисунок) и (Рисунок), чтобы получить

, который говорит нам, что входное напряжение «видит» не сопротивление, а скорее сопротивление.

Наш анализ основан на мгновенных значениях напряжения и тока. Однако полученные уравнения не ограничиваются мгновенными значениями; они справедливы также для максимальных и среднеквадратичных значений.

Проверьте свое понимание Трансформатор понижает линейное напряжение с 110 до 9.0 В, чтобы на дверной звонок можно было подавать ток 0,50 А. а) Каково соотношение количества витков первичной и вторичной обмоток? б) Какой ток в первичной обмотке? (c) Какое сопротивление видит источник 110 В?

а. 12: 1; б. 0,042 А; c.

Сводка

Электростанции передают высокое напряжение при малых токах для достижения более низких омических потерь на многокилометровых линиях передачи.
используют индукцию для преобразования напряжения из одного значения в другое.
Для трансформатора напряжения на первичной и вторичной катушках или обмотках связаны уравнением трансформатора.
Токи в первичной и вторичной обмотках связаны количеством первичных и вторичных петель или витков в обмотках трансформатора.
Повышающий трансформатор увеличивает напряжение и снижает ток, тогда как понижающий трансформатор снижает напряжение и увеличивает ток.

Концептуальные вопросы

Почему линии передачи работают при очень высоком напряжении, в то время как бытовые цепи работают при довольно низком напряжении?

Тепловые потери меньше, если линии передачи работают при низких токах и высоких напряжениях.

Как отличить первичную обмотку от вторичной в повышающем трансформаторе?

Аккумуляторы в некоторых электронных устройствах заряжаются с помощью адаптера, подключенного к сетевой розетке. Подумайте о назначении адаптера.

В адаптере есть понижающий трансформатор, обеспечивающий более низкое напряжение и, возможно, более высокий ток, при котором устройство может работать.

Будет ли трансформатор работать, если на входе постоянное напряжение?

Почему первичная и вторичная обмотки трансформатора намотаны на один и тот же замкнутый контур из железа?

, поэтому каждый контур может испытывать одинаковое изменение магнитного потока

Проблемы

Повышающий трансформатор спроектирован так, что выход его вторичной обмотки составляет 2000 В (действующее значение), когда первичная обмотка подключена к линейному напряжению 110 В (среднеквадратичное значение).(а) Если в первичной обмотке 100 витков, сколько витков во вторичной обмотке? (b) Если резистор, подключенный ко вторичной обмотке, потребляет действующий ток 0,75 А, каков ток в первичной обмотке?

Повышающий трансформатор, подключенный к линии 110 В, используется для питания водородно-газовой газоразрядной трубки с напряжением 5,0 кВ (действующее значение). Трубка рассеивает мощность 75 Вт. (а) Каково отношение числа витков вторичной обмотки к числу витков первичной обмотки? (b) Каковы среднеквадратичные токи в первичной и вторичной обмотках? (c) Какое эффективное сопротивление видит источник 110 В?

а.45: 1; б. 0,68 А, 0,015 А; c.

Источник ЭДС переменного тока выдает мощность 5,0 мВт при действующем токе 2,0 мА, когда он подключен к первичной обмотке трансформатора. Среднеквадратичное значение напряжения на вторичной обмотке составляет 20 В. (a) Какое напряжение на первичной обмотке и ток через вторичную обмотку? (б) Какое отношение витков вторичной обмотки к первичной у трансформатора?

Трансформатор используется для понижения напряжения 110 В от настенной розетки до 9,0 В для радио. (а) Если у первичной обмотки 500 витков, сколько витков у вторичной обмотки? (b) Если радиостанция работает при токе 500 мА, каков ток через первичную обмотку?

Трансформатор используется для питания поезда модели на 12 В от сетевой розетки на 110 В.Поезд работает при мощности 50 Вт. (а) Какое среднеквадратичное значение тока во вторичной обмотке трансформатора? (б) Каков среднеквадратичный ток в первичной обмотке? (c) Каково соотношение количества витков первичной и вторичной обмоток? (г) Какое сопротивление поезда? (e) Какое сопротивление видит источник 110 В?

Дополнительные проблемы

Конденсатор емкостью 700 пФ подключен к источнику переменного тока с амплитудой напряжения 160 В и частотой 20 кГц. (а) Определите емкостное сопротивление конденсатора и амплитуду выходного тока источника.(b) Если частота изменяется на 60 Гц при сохранении амплитуды напряжения 160 В, каковы емкостное реактивное сопротивление и амплитуда тока?

Катушка индуктивности 20 мГн подключена к источнику переменного тока с переменной частотой и амплитудой постоянного напряжения 9,0 В. (a) Определите реактивное сопротивление цепи и максимальный ток через катушку индуктивности, когда частота установлена на 20 кГц. . (b) Проделайте те же вычисления для частоты 60 Гц.

а. ; б.

Конденсатор подключен к источнику переменного тока частотой 60 Гц с амплитудой напряжения 50 В.а) Каков максимальный заряд конденсатора? (б) Каков максимальный ток в конденсаторе? (c) Каково соотношение фаз между зарядом конденсатора и током в цепи?

Катушка индуктивности 7,0 мГн подключена к источнику переменного тока частотой 60 Гц, амплитуда напряжения которого составляет 50 В. (a) Каков максимальный ток, протекающий через катушку индуктивности? (b) Каково соотношение фаз между текущим током и разностью потенциалов на катушке индуктивности?

а. 19 А; б. индуктор выводов по

Каков импеданс последовательной цепи RLC на резонансной частоте?

Какое сопротивление R в схеме, показанной ниже, если амплитуда переменного тока через катушку индуктивности равна 4.24 А?

Источник переменного тока с амплитудой напряжения 100 В и частотой 1,0 кГц управляет последовательной цепью RLC с, и. (а) Определите среднеквадратичное значение тока в цепи. (б) Каковы среднеквадратичные значения напряжения на трех элементах? (c) Каков фазовый угол между ЭДС и током? (d) Какова выходная мощность источника? (e) Какая мощность рассеивается на резисторе?

Генератор электростанции вырабатывает 100 А при 15 кВ (действующее значение).Трансформатор используется для повышения напряжения в линии электропередачи до 150 кВ (действующее значение). (а) Какой действующий ток в линии передачи? (b) Если сопротивление на единицу длины линии равно потерям мощности на метр в линии? (c) Каковы были бы потери мощности на метр, если бы линейное напряжение составляло 15 кВ (действующее значение)?

Рассмотрим электростанцию, расположенную в 25 км от города, поставляющую в город мощность 50 МВт. Линии электропередачи выполнены из алюминиевых кабелей с поперечным сечением.Найдите потерю мощности в линиях передачи, если она передается при (a) 200 кВ (среднеквадратичное значение) и (b) 120 В (среднеквадратичное значение).

а. ; б.

Для работы неоновых вывесок требуется напряжение 12 кВ. Трансформатор должен использоваться для изменения напряжения с 220 В (действующее значение) переменного тока на 12 кВ (действующее значение) переменного тока. Какое должно быть соотношение витков вторичной обмотки к виткам первичной обмотки? (b) Какой максимальный среднеквадратичный ток могут потреблять неоновые лампы, если предохранитель в первичной обмотке сработает при 0,5 А? (c) Сколько энергии потребляет неоновая вывеска, когда она потребляет максимальный ток, допустимый предохранителем в первичной обмотке?

Задачи-вызовы

Электроэнергия переменного тока напряжением 335 кВ от ЛЭП подается в первичную обмотку трансформатора.Отношение числа витков вторичной обмотки к числу витков первичной обмотки составляет. (а) Какое напряжение индуцируется во вторичной обмотке? б) Что неразумного в этом результате? (c) Какое предположение или предпосылка ответственны?

а. 335 МВ; б. результат получается слишком высоким, намного превышающим напряжение пробоя воздуха на разумных расстояниях; c. входное напряжение слишком высокое

Резистор и катушка индуктивности 30 мГн подключены последовательно, как показано ниже, к источнику переменного тока напряжением 120 В (среднеквадратичное значение), колеблющемуся с частотой 60 Гц.(а) Найдите ток в цепи. (б) Найдите падение напряжения на резисторе и катушке индуктивности. (c) Найдите полное сопротивление цепи. (d) Найдите мощность, рассеиваемую на резисторе. (e) Найдите мощность, рассеиваемую в катушке индуктивности. (f) Найдите мощность, производимую источником.

Найдите реактивные сопротивления следующих конденсаторов и катушек индуктивности в цепях переменного тока с заданными частотами в каждом случае: (a) индуктивность 2 мГн с частотой цепи переменного тока 60 Гц; (б) индуктор 2 мГн с частотой 600 Гц цепи переменного тока; (c) индуктор 20 мГн с частотой цепи переменного тока 6 Гц; (d) индуктор 20 мГн с частотой 60 Гц цепи переменного тока; д) конденсатор емкостью 2 мФ с частотой цепи переменного тока 60 Гц; и (е) конденсатор емкостью 2 мФ с частотой 600 Гц цепи переменного тока.

Выходной импеданс аудиоусилителя имеет импеданс, равный и не соответствует низкоомному громкоговорителю. Вас попросят вставить соответствующий трансформатор, соответствующий импедансу. Какое передаточное число вы будете использовать и почему? Используйте упрощенную схему, показанную ниже.

Покажите, что единицей СИ для емкостного реактивного сопротивления является ом. Покажите, что единицей СИ для индуктивного реактивного сопротивления также является ом.

Единицы измерения индуктивного реактивного сопротивления (рисунок) указаны ниже.Радианы можно игнорировать при модульном анализе. Генри можно определить как. Их объединение дает единицу реактивного сопротивления.

Катушка с самоиндукцией 16 мГн и сопротивлением подключена к источнику переменного тока, частоту которого можно изменять. На какой частоте напряжение на катушке будет вести ток через катушку на

Последовательная цепь RLC состоит из резистора, конденсатора и катушки индуктивности 120 мГн, сопротивление катушки которойИсточник для схемы имеет среднеквадратичное значение ЭДС 240 В на частоте 60 Гц. Рассчитайте среднеквадратичные значения напряжения на резисторе (а), конденсаторе (б) и катушке индуктивности (в).

а. 156 В; б. 42 В; c. 154 В

Последовательная цепь RLC состоит из резистора, конденсатора и катушки индуктивности 50 мГн. Источник переменной частоты 110 В (среднеквадратичное значение) подключен к комбинации. Какова выходная мощность источника, если его частота установлена на половину резонансной частоты контура?

Глоссарий

понижающий трансформатор: , понижающий напряжение и увеличивающий ток

повышающий трансформатор: , увеличивающий напряжение и уменьшающий ток

трансформатор: устройство, которое преобразует напряжения из одного значения в другое с помощью индукции

уравнение трансформатора: , показывающее, что отношение вторичного напряжения к первичному в трансформаторе равно отношению количества витков в их обмотках

Первичная обмотка — обзор

Потери в железе

Первичная обмотка трансформатора имеет конечную индуктивность, поэтому она представляет собой реактивное сопротивление источника питания, которое потребляет ток даже при отсутствии вторичной нагрузки.Вместо того, чтобы рассчитывать на конкретное первичное реактивное сопротивление или соответствующий ток, старые трансформаторы просто использовали «восемь витков на вольт», хотя многие современные трансформаторы с железным сердечником (особенно тороиды) используют только четыре витка на вольт.

Поскольку сердечник последовательно намагничивается и размагничивается за счет противоположных полярностей, необходимо выполнить работу по изменению ориентации магнитных диполей. Эти потери известны как потери при гистерезисе , и могут быть рассчитаны путем исследования кривых гистерезиса для конкретного используемого материала сердечника.Поскольку это потери, вызванные изменением намагниченности сердечника в течение одного полного цикла приложенной формы волны переменного тока, будут большие потери в данный момент времени, если пройдено больше циклов намагничивания. Следовательно, гистерезисные потери прямо пропорциональны частоте и могут быть уменьшены только путем выбора материала сердечника с меньшими потерями.

Магнитопроводы металлические и поэтому проводят электричество. Что касается первичной обмотки, нет различия между преднамеренной вторичной обмоткой, подключенной к нагрузке, и токопроводящим путем, параллельным первичной обмотке через сердечник.Токопроводящие пути через сердечник вызывают протекание вихревых токов , которые, поскольку являются короткими замыканиями, вызывают потери. Чтобы уменьшить эти потери, сердечник может быть изготовлен из пакета пластин , поверхности которых были подвергнуты химической обработке, чтобы сделать их изоляторами. Окончательный подход к этой проблеме состоит в том, чтобы сделать ядро из частиц железной пыли, поверхность которых была обработана, а затем связать их с керамикой, чтобы сформировать твердый сердечник, известный как сердечник из ферритовой пыли .

Потери на вихревые токи пропорциональны f ², потому что не только потери пропорциональны количеству проходов контура намагничивания за заданное время, но и более высокие частоты имеют меньшие длины волн и позволяют формировать больше контуров тока. внутри ядра. Хотя тонкие стальные пластины подходят для звуковых частот, ферриты необходимы для радиочастот, а на УКВ почти все материалы сердечника имеют чрезмерные потери, поэтому необходимо использовать трансформаторы с воздушным сердечником.

Первичные токи из-за конечной первичной индуктивности, потерь на гистерезис и потерь на вихревые токи часто объединяются и называются током намагничивания в силовых трансформаторах и ответственны за нагрев сердечника, даже когда нагрузка не подключена.

Не весь поток от первичной обмотки проходит через вторичную обмотку, и эти потери в сочетании с гистерезисом и потерями на вихревые токи известны как индуктивность рассеяния в аудиотрансформаторах. Теоретически индуктивность рассеяния (относящаяся к первичной обмотке) определяется путем измерения индуктивности первичной обмотки при коротком замыкании вторичной обмотки.На практике индуктивность рассеяния трудно измерить, поскольку измерения на одной частоте легко искажаются паразитными емкостями, что требует измерения качающейся частоты. Тем не менее, индуктивность рассеяния является важным теоретическим понятием, так как она определяет рабочий предел высокочастотного трансформатора.

Индуктивность утечки зависит от размера ( q ), отношения витков N ² и геометрии трансформатора ( k ), но не зависит от μ _r:

Lleakage ∝qN2k

Для данной частоты трансформатор с более высокой номинальной мощностью будет больше, чем трансформатор с более низкой номинальной мощностью, и, следовательно, будет иметь более высокую индуктивность рассеяния.

Поскольку индуктивность рассеяния пропорциональна Н ², мы всегда должны: стараться поддерживать как можно более низкое отношение витков, поэтому параллельное включение выходных клапанов в ламповом усилителе полезно, поскольку оно снижает требуемое отношение витков.

Геометрию можно улучшить двумя фундаментальными способами: мы можем либо улучшить форму сердечника, либо улучшить нашу технику намотки.

Стандартные трансформаторы изготавливаются с сердечниками E / I, где каждая пластина сердечника состоит из E-образной и I.Машина, которая выглядит (и звучит) скорее как продавец карт, вставляет пластинки поочередно с обеих сторон катушки, так что при альтернативных пластинах ориентация форм меняется на противоположную, чтобы уменьшить воздушный зазор в стыке (см. Рис. 4.28).

Рисунок 4.28. Расположение слоев сердечника E / I для уменьшения потока утечки.

Традиционно ядра высшего качества делались как ядра C. Они были сделаны путем наматывания сердечника из непрерывной полосы, которую затем разрезали пополам, а получившиеся грани шлифовали.Затем катушки были намотаны, и сердечники были вставлены так, чтобы заземленные поверхности были идеально выровнены с минимальным воздушным зазором, и были использованы стальные ленты, чтобы прочно удерживать сборку вместе (см. Рисунок 4.29).

Рисунок 4.29. C-core устройства.

Сердечник C был дорогостоящим процессом, и неточная сборка могла создать воздушный зазор, создавая тем самым то самое несовершенство, которого конструкция была призвана избежать. Более современный подход состоит в том, чтобы намотать сердечник как тороид, но не разрезать его, и использовать специальную машину для намотки катушек, чтобы намотать катушки непосредственно на сердечник, что приводит к очень низкой утечке сердечника (см. Рисунок 4.30).

Рисунок 4.30. Расположение сердечника тороидально.

Между прочим, хотя тороиды считаются современными, первым из когда-либо созданных трансформаторов был тороид с использованием изолированного шелком провода от свадебного платья его жены! (Майкл Фарадей, август 1831 г.).

И сердечник C, и тороид имеют дополнительное преимущество, заключающееся в том, что магнитный поток всегда течет в одном и том же направлении относительно направления зерна кристаллической структуры сердечника, тогда как в сердечнике E / I он должен течь через зерно. в некоторых частях ядра.Это важно, потому что кремнистая сталь с ориентированной зернистостью (GOSS) может выдерживать более высокую плотность магнитного потока до насыщения в направлении зерна, чем поперек зерна. Следовательно, сердечники E / I могут работать только при плотностях потока ниже насыщения по зерну, тогда как сердечники C и тороиды могут работать при значительно более высоких плотностях потока, что позволяет уменьшить размер сердечника и количество витков на вольт.

Наихудшая геометрия обмотки по индуктивности рассеяния — это разделенная камера (см. Рисунок 4.31).

Рисунок 4.31. Разделенная катушка обеспечивает хорошую первичную / вторичную изоляцию, но высокую индуктивность рассеяния.

Геометрию трансформатора можно улучшить, намотав первичную и вторичную обмотки из множества чередующихся слоев или секций, вместо того, чтобы наматывать одну половину бобины на первичную, а другую половину — на вторичную. Увеличение количества секций улучшает связь между первичной и вторичной обмотками, уменьшая, таким образом, утечку L , но обычно увеличивает паразитную емкость.

Хотя разделение обмоток относительно легко на сердечнике E / I или C, на тороиде это очень сложно; кроме того, геометрия обмотки на тороиде довольно плохая, и поэтому легко потерять преимущества улучшенного сердечника из-за плохой катушки.Тороидальные сетевые трансформаторы известны своим потоком утечки в месте выхода обмоток именно по этой причине.

Альтернативным методом улучшения геометрии обмотки является использование бифилярной обмотки , при которой два провода одновременно наматываются рядом. Если один из этих проводов является частью первичной обмотки, а другой — вторичной, это способствует отличной связи между обмотками и значительно снижает индуктивность рассеяния. Этот метод дешевле, чем секционирование, и при условии, что машина для намотки катушек может справиться с этим, нет причин останавливаться на двух проводах — можно использовать три или четыре.

К сожалению, есть два препятствия для многофилярной намотки. Во-первых, тонкая полиуретановая изоляция на медном проводе легко повреждается во время наматывания и может выйти из строя, если между обмотками> 100 В, что затрудняет создание трансформатора, способного изолировать питание HT. Тем не менее, в оригинальном усилителе McIntosh [5] на 50 Вт использовался многофазный выходной трансформатор и источник питания 440 В HT! Во-вторых, сильно увеличенная емкость между первичной и вторичной обмотками может резонировать с уменьшенной индуктивностью рассеяния, создавая более низкую резонансную частоту, чем у секционного трансформатора.

Мультифилярная обмотка лучше всего подходит для малосигнальных трансформаторов с очень низким соотношением витков (в идеале 1: 1), таких как симметричные линейные выходные трансформаторы, используемые в студиях.

[PDF] Глава 21 — Скачать PDF бесплатно

Скачать главу 21 …

ГЛАВА 21 ТРАНСФОРМАТОРЫ Упражнение 118, стр. 342

1. Трансформатор имеет 600 витков первичной обмотки, подключенных к источнику питания 1,5 кВ. Определите количество витков вторичной обмотки для выходного напряжения 240 В без потерь.

Для трансформатора

N1 V1  N 2 V2

V   240, из которых вторичные витки, N 2  N1  2   (600)   = 96 витков  1500   V1 

2.Идеальный трансформатор с соотношением витков 2: 9 питается от сети 220 В. Определите его выходное напряжение.

N1 2  N2 9

и V1  220 В

N1 V1  N 2 V2

N  9 откуда выходное напряжение, V2  V1  2    220    = 990 V 2  N1 

3. Трансформатор имеет 800 витков первичной обмотки и 2000 витков вторичной обмотки. Если первичное напряжение составляет 160 В, определите вторичное напряжение, исходя из идеального трансформатора.

N1 800 N 2 2000 N1 V1  N 2 V2

и V1  160 В

N   2000  откуда выходное напряжение, V2  V1  2   160    = 400 ВН 800    1

4.Идеальный трансформатор с соотношением витков 3: 8 имеет выходное напряжение 640 В. Определите его входное напряжение.

266

N1 3  и V2  640 В N2 8 N1 V1 N 2 V2

N   3 откуда входное напряжение, В1  V2  1    640    = 240 В 8  N2 

5. Идеальный трансформатор имеет коэффициент трансформации 12: 1 и питается 192 В. Рассчитайте вторичное напряжение.

N1 12  N2 1

и V1  192 В

N1 V1  N 2 V2

N  1 откуда выходное напряжение, V2  V1  2   192    = 16 V  12   N1 

6.Первичная обмотка трансформатора, подключенная к источнику питания 415 В, имеет 750 витков. Определите, сколько витков необходимо намотать на вторичной стороне, если требуется выход 1,66 кВ.

N1 V1  N 2 V2

V   1660  из которых, вторичные витки, N2  N1  2    750    = 3000 витков  415   V1 

7. Идеальный трансформатор имеет соотношение витков 15: 1 и питается 180 В при токе первичной обмотки 4 А. Рассчитайте вторичное напряжение и ток.

N1 12, V1  220 В и I1  4 A N2 1 N1 V1  N 2 V2

N  1 откуда выходное напряжение, V2  V1  2   180    = 12 В  15   N1 

N1 I 2  N 2 I1

N   15 из которых, вторичный ток, I2  I1  1    4    = 60 A 1  N2 

8.Понижающий трансформатор с соотношением витков 20: 1 имеет первичное напряжение 4 кВ и нагрузку 10 кВт. Пренебрегая потерями, рассчитайте величину вторичного тока. © Джон Берд Опубликовано Тейлор и Фрэнсис

267

N1 20  N2 1

и V1  4000 В

N1 V1  N 2 V2

N   1  откуда выходное напряжение, В2  V1  2    4000    = 200 В  20   N1 

Вторичная мощность = V2 I 2 = 10000

т.е.

200 I 2 = 10000

вторичный ток, I 2 

из которого ,

10000 = 50 А 200

9.Трансформатор имеет соотношение витков первичной и вторичной обмоток 1:15. Рассчитайте первичное напряжение, необходимое для питания нагрузки 240 В. Если ток нагрузки составляет 3 А, определите первичный ток. Пренебрегайте потерями.

N1 V1 I 2   N 2 V2 I1

V 1  1 15 240

1 3  15 I1

т.е.

V 1 3  1  15 240 I1

 1, затем первичное напряжение, V1  240   = 16 В  15   15 , затем первичный ток, I1  3   = 45 A 1

10.Однофазный трансформатор мощностью 10 кВА имеет коэффициент трансформации 12: 1 и питается от сети 2,4 кВ. Пренебрегая потерями, определите (а) вторичный ток полной нагрузки, (б) минимальное значение сопротивления нагрузки, которое может быть подключено через вторичную обмотку без превышения номинального значения кВА, и (в) первичный ток.

10000 = V1 I1  V2 I2,

(а)

N1 V1  N 2 V2

N1 12  и V1  2400 В N2 1

N  1 откуда выходное напряжение, В2  V1  2    2400    = 200 В  12   N1 

10000 ВА = V2 I 2 = 200 I 2

из которых, вторичный ток, I 2 

10000 = 50 A 200

268

(b) Сопротивление нагрузки, RL 

(c)

V2 200  = 4 I2 50

N  1, из которых первичный ток, I1  I2  2    50    = 4.17 A  12   N1 

N1 I 2  N 2 I1

11. Сопротивление 20 Ом подключено к вторичной обмотке однофазного силового трансформатора, вторичное напряжение которого составляет 150 В. Рассчитайте первичное напряжение и коэффициент трансформации при токе питания 5 А без учета потерь.

Вторичный ток, I 2 

N1 V1  N 2 V2

V2 150  = 7,5 A, I1  5A и R 2 20

V2 = 150 В

N  I   7,5  от который, первичное напряжение, V1  V2  1   V2  2   150    = 225 В  5   N2   I1 

Коэффициент витков,

3 N1 I 2 7.5  = 1,5 или 2 N 2 I1 5

или 3: 2

269

Упражнение 119, стр. 344

1. A 500 В / 100 В, одиночный- фазный трансформатор принимает первичный ток полной нагрузки 4 А. Пренебрегая потерями, определите (а) вторичный ток полной нагрузки и (б) номинальные параметры трансформатора.

(a)

V  V1 I 2  500  из которых, вторичный ток полной нагрузки, I2  I1  1   (4)   = 20 A V2 I1  100   V2 

(b) Мощность трансформатора = V1 I1 500 4 = 2000 ВА = 2 кВА или мощность трансформатора = V2 I2  100 20 = 2000 ВА = 2 кВА

2.Однофазный трансформатор 3300 В / 440 В потребляет ток холостого хода 0,8 А, а потери в стали составляют 500 Вт. Нарисуйте векторную диаграмму холостого хода и определите значения компонентов намагничивания и потерь в сердечнике холостого хода. ток нагрузки.

V1  3300 V, V2  440 V и

IO 0.8A

Потери в сердечнике или в железе = 500 = V1 IO cos O, из которого

cos O 

т.е.

500 = 0,1894  3300 0,8

500 =  3300  0,8 cos O и

O  cos 1 0.1894  79.08

Векторная диаграмма холостого хода показана ниже.

Компонент намагничивания, IM  IO sin O  0,8sin 79,08 = 0,786 A Компонент потерь в сердечнике, IC  IO cos O  0,8 (0,1894) = 0,152 A © John Bird Опубликовано Taylor and Francis

270

3. Трансформатор потребляет ток 1 А, когда его первичная обмотка подключена к источнику питания 300 В, 50 Гц, а вторичная обмотка разомкнута. Если потребляемая мощность составляет 120 Вт, рассчитайте (а) ток потерь в стали, (б) коэффициент мощности без нагрузки и (в) ток намагничивания.

IO 1A и V1  300 V (a) Потребляемая мощность = общие потери в сердечнике = 120 = V1 IO cos O ie и

120 = (300) IO cos O ток потерь в железе, IC  IO cos O =

(b) Коэффициент мощности на холостом ходу, cos O 

120 = 0,40 A 300

IC 0,4  = 0,40 IO 1

271

Упражнение 120, стр. 346

1.Однофазный трансформатор 60 кВА, 1600 В / 100 В, 50 Гц имеет 50 вторичных обмоток. Вычислите (а) первичный и вторичный ток, (б) количество витков первичной обмотки и (в) максимальное значение магнитного потока.

V1 1600 В, V2  100 В, f = 50 Гц, N 2  50 витков (a) Номинальные параметры трансформатора = V1 I1  V2 I2  60000 ВА, следовательно, и

(b)

V1 N1  V2 N 2

первичный ток, I1 

60000 60000  = 37,5 A V1 1600

вторичный ток, I 2 

60000 60000  = 600 A V2 100

V   1600  из которых первичные витки , N1   1  N 2     50  = 800 витков  100   V2 

(в) E2  4.44f M N2, откуда максимальный поток M 

E2 100 = 9,0 мВт 4,44f N 2 4,44  50  50 

2. Однофазный трансформатор с частотой 50 Гц имеет 40 витков первичной обмотки и 520 витков первичной обмотки. вторичные витки. Площадь поперечного сечения жилы 270 см2. Когда первичная обмотка подключена к источнику питания 300 В, определите (а) максимальное значение плотности потока в сердечнике и (б) напряжение, индуцированное во вторичной обмотке (а) Из уравнения (4), э.д.с. E1 = 4,44 ф м N1 вольт, т.е.

300 = 4,44 (50) м (40)

, откуда максимальная плотность потока m =

300 Вт = 0.033784 Wb (4,44) (50) (40)

Однако m = Bm  A, где Bm = максимальная плотность потока в активной зоне, а A = площадь поперечного сечения активной зоны © John Bird Опубликовано Taylor and Francis

272

(см. Главу 7) Bm  270  10

-4

Следовательно,

= 0,033784

, откуда максимальная плотность потока Bm =

(b)

0,033784 = 1,25 T 270  10 4

N  V1 N = 1, откуда V2 = V1  2  V2 N2  N1   520  т.е. напряжение, индуцированное во вторичной обмотке, V2 = (300)   = 3900 В или 3.90 кВ  40 

3. Однофазный трансформатор 800 В / 100 В, 50 Гц имеет максимальную магнитную индукцию в сердечнике 1,294 Тл и эффективную площадь поперечного сечения 60 см 2. Рассчитайте количество витков на первичной и вторичной обмотках.

Так как B 

 A

, то  M  BM  A  1,294   60 104  = 7,764 мВт.

E1  4,44f  M N1

, из которых первичные витки, N1 

E1 800  4,44 f  M 4,44  50   7,764 10 3 

= 464 витка

E2  4.44f M N2, от которого вторичные витки, N 2 

E2 100  4,44 f  M 4,44  50   7,764 103 

= 58 витков

4. A 3,3 кВ / 110 В, 50 Гц, однофазный трансформатор должен иметь приблизительную ЭДС на оборот 22 В и работают с максимальным магнитным потоком 1,25 Тл. Рассчитайте (а) количество витков первичной и вторичной обмоток и (б) площадь поперечного сечения сердечника

E1 E = 2 = 22 N1 N2 E 3300 Следовательно, первичные витки, N1 = 1 = = 150 22 22

(a) ЭДС за оборот =

и второстепенные витки, N2 =

E 2110 = = 5 22 22

273

(b) E.м.ф. E1 = 4,44 f m N1, откуда m =

3300 E1 = = 0,0991 Wb 4,44f N 1 (4,44) (50) (150)

Теперь поток, m = Bm  A, где A — площадь поперечного сечения активной зоны, следовательно, площадь, A =

0,0991 m = = 0,07928 м 2 или 792,8 см 2 1,25 Bm

274

Упражнение 121, стр. 347

1. Однофазный трансформатор имеет 2400 витков на первичной обмотке и 600 витков на вторичной. Его ток холостого хода составляет 4 А при коэффициенте мощности 0.25 отстающих. Предполагая, что падением напряжения на обмотках можно пренебречь, рассчитайте первичный ток и коэффициент мощности, когда вторичный ток составляет 80 А при коэффициенте мощности 0,8 с запаздыванием.

Пусть I1 ‘будет составляющей первичного тока, обеспечивающей восстанавливающую м.м.д.

I1 ‘N1  I2 N 2

Затем

, т.е.

I1′ (2400)  (80) (600), из которых

I1 ‘

80  600  2400

= 20 A

Если коэффициент мощности вторичной обмотки равен 0.8, тогда cos 2  0,8, из которых

2  cos 1 0,8  36,87

Если коэффициент мощности без нагрузки равен 0,25, то cos O  0,25, из которого

O  cos 1 0,25  75,52

На векторной диаграмме, показанной ниже, I 2 = 80 A под углом 2  36,87 к V2 и I1 ‘ 20 A и показано противофазно относительно I 2

275

Ток холостого хода, IO = 4 A, показан под углом от O  75,52 к V1. Ток I1 представляет собой сумму векторов I1 ‘и IO и вычисляется следующим образом: Общая горизонтальная составляющая, I1 cos 1  IO cos O  I1 ‘cos 2 = (4) (0.25) + (20) (0.8) = 1 + 16 = 17 A Общая вертикальная составляющая, I1 sin 1  IO sin O  I1 ‘sin 2 = (4) (sin 75.52) + (20) (sin 36,87) = 15,87 A Следовательно, величина I1 = 172  15,872 = 23,26 A и

 15,87  1  15,87  tan 1    и 1  tan    43,03  17   17. 

Следовательно, коэффициент мощности = cos O = cos 43,03 = 0,73

276

Упражнение 122, стр. 350

1. Трансформатор имеет 1200 первичных витков и 200 вторичных. повороты.Сопротивления первичной и вторичной обмоток составляют 0,2 Ом и 0,02 Ом соответственно, а соответствующие реактивные сопротивления утечки составляют 1,2 Ом и 0,05 Ом соответственно. Рассчитайте (а) эквивалентное сопротивление, реактивное сопротивление и импеданс, относящиеся к первичной обмотке, и (б) фазовый угол полного сопротивления.

V   1200  (a) Эквивалентное сопротивление, R e  R1  R 2  1   0,2  0,02   = 0,92   200   V2  2

V   1200  Эквивалентное реактивное сопротивление, X e  X1  X 2  1   1.2  0,05   = 3,0  200   V2  2

Эквивалентное сопротивление, Ze  R e 2  Xe 2  0,922  3,02 = 3,138 или 3,14 (б) cos e 

Re 0,92  Ze 3,138

 0,92  и фазовый угол импеданса, e  cos 1   = 72,95  3,138

277

Упражнение 123, стр. 350

1 • Однофазный трансформатор мощностью 6 кВА, 100 В / 500 В имеет вторичное напряжение на клеммах 487,5 В. Определите регулировку трансформатора.

Регулировка =

вторичное напряжение холостого хода  конечное напряжение при нагрузке  100% вторичное напряжение холостого хода

500  487,5 12,5 100%  100% = 2,5% 500 500

2. Трансформатор имеет напряжение холостого хода 110 вольт. Устройство переключения ответвлений срабатывает, когда регулирование падает ниже 3%. Рассчитайте напряжение нагрузки, при котором работает устройство РПН.

Регулировка =

Следовательно,

, из которых

3 =

вторичное напряжение без нагрузки  конечное напряжение на нагрузке  100% вторичное напряжение без нагрузки

110  V2 100 % 110

3 (110)  110  V2 100 V2  110 

3 (110) = 106.7 В = напряжение, при котором работает устройство РПН. 100

278

Упражнение 124, стр. 352

1. Однофазный трансформатор имеет соотношение напряжений 6: 1 и выс. на обмотку подается напряжение 540 В. Вторичная обмотка обеспечивает ток полной нагрузки 30 А при отстающем коэффициенте мощности 0,8. Пренебрегая потерями, найдите (а) номинал трансформатора, (б) мощность, подаваемую на нагрузку, (в) первичный ток.

V1 6  и V1 540 V V2 1

следовательно,

V2 

540 = 90 В и I 2 = 30 A 6

(a) Номинал трансформатора = V2 I2  90  30 = 2700 VA или 2.7 кВА (б) Мощность, подаваемая на нагрузку = VI cos  = (2700) (0,8), поскольку коэффициент мощности = cos  = 0,8 = 2,16 кВт (в)

V1 I 2  V2 I1

V  1 из которых первичный ток I1  I2  2    30    = 5 A 6  V1 

2. Однофазный трансформатор рассчитан на 40 кВА. Трансформатор имеет потери в меди при полной нагрузке 800 Вт и потери в стали 500 Вт. Определите КПД трансформатора при полной нагрузке и коэффициенте мощности 0,8.

КПД =

выходная мощность входная мощность  потери потери   1 входная мощность входная мощность входная мощность

выходная мощность при полной нагрузке = V I cos  = (40) (0.8) = 32 кВт Общие потери = 800 + 500 = 1,3 кВт Входная мощность = выходная мощность + потери = 32 + 1,3 = 33,3 кВт Следовательно, КПД,  1 

1,3 = 0,961 или 96,10% 33,3

3. Определить КПД трансформатора в задаче 2 при половинной полной нагрузке и коэффициенте мощности 0,8.

279

Выходная мощность при половинной полной нагрузке =

1  40  0,8  = 16 кВт 2

Потери в меди (или потери I2 R) пропорциональны квадрату тока 2

1 Следовательно, потери в меди при половинной полной нагрузке =    800  = 200 Вт 2

Потери в железе == 500 Вт (постоянная) Полная потеря = 200 + 500 = 700 Вт или 0.7 кВт Входная мощность при половинной полной нагрузке = выходная мощность при половинной полной нагрузке + потери = 16 + 0,7 = 16,7 кВт Следовательно, КПД,  1 

потерь 0,7  1 = 0,9581 или 95,81% входной мощности 16,7

4 • Однофазный трансформатор 100 кВА, 2000 В / 400 В, 50 Гц имеет потери в стали 600 Вт и потери в меди при полной нагрузке 1600 Вт. Рассчитайте его КПД для нагрузки 60 кВт при коэффициенте мощности 0,8.

КПД =

выходная мощность при полной нагрузке = V I cos  = (100) (0.8) = 80 кВт Мощность нагрузки = 60 кВт Следовательно, трансформатор находится на

60 3  при полной нагрузке 80 4 2

3 Следовательно, потери в меди при нагрузке 3/4 =   1600  = 900 Вт 4 

Общие потери = 900 + 600 = 1,5 кВт Входная мощность = выходная мощность + потери = 60 + 1,5 = 61,5 кВт Следовательно, КПД,  1 

1,5 = 0,9756 или 97,56% 61,5

280

5. Определите КПД трансформатора 15 кВА для следующих условий: (i) полная нагрузка, единичный коэффициент мощности (ii) 0.8 при полной нагрузке, единичный коэффициент мощности (iii) при половинной нагрузке, коэффициент мощности 0,8. Предположим, что потери в стали составляют 200 Вт, а потери в меди при полной нагрузке составляют 300 Вт (i) Выходная мощность при полной нагрузке = VI cos  = (15) (1) = 15 кВт Потери = 200 + 300 = 500 Вт или 0,5 кВт Потребляемая мощность мощность при полной нагрузке = выходная мощность + потери = 15 + 0,5 = 15,5 кВт Следовательно, КПД,  1 

потерь 0,5  1 = 0,9677 или 96,77% входной мощности 15,5

(ii) При полной нагрузке 0,8, единица коэффициент мощности, выходная мощность = 0,8 15 = 12 кВт Потери = 0.8   300   200  192  200 = 392 Вт или 0,392 кВт 2

Входная мощность при полной нагрузке 0,8 = выходная мощность при полной нагрузке 0,8 + потери = 12 + 0,392 = 12,392 кВт Следовательно, КПД,  1 

0,392 = 0,9684 или 96,84% 12,392

(iii) При полной нагрузке 0,5 и коэффициенте мощности 0,8 выходная мощность = 0,5  15  0,8 = 6 кВт Потери =  0,5   300   200  75  200 = 275 Вт или 0,275 кВт 2

Входная мощность при полной нагрузке 0,5 = выходная мощность при полной нагрузке 0,5 + потери = 6 + 0,275 = 6,275 кВт Следовательно, КПД,  1 

0.275 = 0,9562 или 95,62% 6,275

6. Трансформатор мощностью 300 кВА имеет сопротивление первичной обмотки 0,4 Ом и сопротивление вторичной обмотки 0,0015 Ом. Потери в стали составляют 2 кВт, а первичное и вторичное напряжения составляют 4 кВ и 200 В соответственно. Если коэффициент мощности нагрузки составляет 0,78, определите КПД трансформатора (а) при полной нагрузке и (б) при половинной нагрузке.

281

(a) Номинальная мощность = 300 кВА = V1 I1 = V2 I2 Следовательно, первичный ток, I1 =

400 10 3 300 10 3 = = 75 A V1 4000

и вторичный ток, I2 =

300 10 3 300 10 3 = = 1500 A V2 200

Общие потери в меди = I12 R1 + I22 R2, (где R1 = 0.4  и R2 = 0,0015 ) = (75) 2 (0,4) + (1500) 2 (0,0015) = 2250 + 3375 = 5625 Вт При полной нагрузке общие потери = потери в меди + потери в железе = 5625 + 2000 = 7625 Вт = 7,625 кВт Полная выходная мощность при полной нагрузке = V2 I2 cos 2 = (300  103) (0,78) = 234 кВт Входная мощность = выходная мощность + потери = 234 кВт + 7,625 кВт = 241,625 кВт

 потери  КПД,  = 1    100%  входная мощность  7,625   = 1    100% = 96,84%  241,625 

(b) Поскольку потери в меди изменяются пропорционально квадрату тока, то всего 2

1 потери в меди при половинной нагрузке = 5625    = 1406.25 Вт 2

Следовательно, общие потери при половинной нагрузке = 1406,25 + 2000 = 3406,25 Вт или 3,40625 кВт Выходная мощность при половинной нагрузке =

1 (234) = 117 кВт 2

Входная мощность при половине полной нагрузки = выход мощность + потери = 117 кВт + 3,40625 кВт = 120,40625 кВт Следовательно, КПД при половинной полной нагрузке, © John Bird, опубликованный Taylor and Francis

282

 потери   = 1    100%  входная мощность  3,40625   = 1    100% = 97,17%  120,40625 

7. Трансформатор 250 кВА имеет потери в меди при полной нагрузке 3 кВт и потери в стали 2 кВт.Рассчитайте (а) выходную мощность в кВА, при которой КПД трансформатора является максимальным, и (б) максимальный КПД, предполагая, что коэффициент мощности нагрузки равен 0,80.

(a) Пусть x будет долей кВА при полной нагрузке, при которой КПД максимален. Соответствующие общие потери в меди =  3 кВт  x 2 При максимальном КПД потери в меди = потери в железе Следовательно,

3x 2  2

, из которых

x2 

2 3

x =

2 = 0,8165 3

Таким образом, выходная мощность кВА при максимальном КПД = 0.8165 250 = 204,1 кВА (b) Общие потери при максимальном КПД = 2  2 = 4 кВт Выходная мощность = 204,1  0,8 = 163,3 кВт Входная мощность = выходная мощность + потери = 163,3 + 4 = 167,3 кВт Следовательно, максимальный КПД,   1 

4 = 0,9761 или 97,61% 167,3

283

Упражнение 125, стр. 355 1. Трансформатор с соотношением витков 8: 1 обеспечивает нагрузку сопротивлением 50 . Определите эквивалентное входное сопротивление трансформатора.

N  8 Эквивалентное входное сопротивление, R1 =  1  R L =   (50) = 3200 Ом = 3.2 кОм 1  N2  2

2. Какое соотношение витков трансформатора требуется для создания сопротивления нагрузки 30, чтобы иметь сопротивление 270

N  R1   1  RL  N2 

т.е.

N  270 =  1   30   N2  2

, из которых

 N1  270 9    30  N2 

N  9 3 N2

, т.е. требуемое передаточное число составляет 3: 1

3. Определите оптимальное значение сопротивления нагрузки для максимальной передачи мощности, если нагрузка подключена к усилителю выходного сопротивления 147 через трансформатор. при соотношении витков 7: 2 Эквивалентное входное сопротивление R1 трансформатора должно быть 147 Ом для максимальной передачи мощности.2

N  R1 =  1  RL, откуда RL = R1  N2 

 N2  2   = 147   = 12  7  N1  2

4. Однофазный идеальный трансформатор 240 В / 2880 В питается от источника 240 В через кабель с сопротивлением 3 Ом. Если нагрузка на вторичную обмотку составляет 720 Ом, определите (а) протекающий первичный ток и (б) мощность, рассеиваемую в сопротивлении нагрузки.

284

N1 V1 240 1    N 2 V2 2880 12

(a)

N  1 Эквивалентное входное сопротивление, R1   1  RL     720  = 5   12   N2  2

Общее входное сопротивление, R IN  R  R1 = 3 + 5 = 8  Следовательно, первичный ток, I1 

N1 I 2  N 2 I1

(b)

, откуда

V1 240  = 30 AR IN 8

N  1 I2  I1  1    30    = 2.5 A  12   N2 

Мощность, рассеиваемая в нагрузке, P = I 2 2 RL   2,5   720  = 4500 Вт или 4,5 кВт 2

5. Нагрузка с сопротивлением 768 должна соответствовать усилитель с эффективным выходным сопротивлением 12 Ом. Определите коэффициент трансформации трансформатора связи.

N  R1   1  RL  N2 

N  отсюда 12 =  1   768   N2 

12    768  N 2 

N1 12 1   N2 768 8

Следовательно, передаточное число трансформатора связи составляет 1: 8

6.Переменный ток. Источник 20 В и внутреннее сопротивление 20 кОм согласовывается с нагрузкой с помощью однофазного трансформатора 16: 1. Определите (а) значение сопротивления нагрузки и (б) мощность, рассеиваемую в нагрузке.

285

Схема показана ниже.

(a) Для передачи максимальной мощности R 1 должно быть 20 кОм 2

N  N  1 R 1   1  RL, от которого сопротивление нагрузки, RL  R1  2   (20000)   = 78.13   16   N2   N1  2

(b) Общее входное сопротивление, когда источник подключен к согласующему трансформатору, составляет R IN  R1, т.е. 20 кОм + 20 кОм = 40 кОм Первичный ток, I1  N1 I 2  N 2 I1

В 20  = 0,5 мА 40000 40000

из которых

N   16  I2  I1  1    0,5 103    = 8 мА 1  N2 

Мощность, рассеиваемая в нагрузке, P = I2 2 RL  8 103   78,13 = 5 мВт 2

286

Упражнение 126 , Стр.357

1.Однофазный автотрансформатор имеет соотношение напряжений 480 В: 300 В и обеспечивает нагрузку 30 кВА при 300 В. Предполагая идеальный трансформатор, рассчитайте ток в каждой секции обмотки. Номинальная мощность = 30 кВА = V1 I1  V2 I2 Следовательно, первичный ток, I1  и

30 103 = 62,5 A 480

вторичный ток, I 2 

30 103 = 100 A 300

Следовательно, ток в общая часть обмотки = I2  I1 = 100 — 62,5 = 37,5 A

2. Рассчитайте экономию объема меди, используемой в автотрансформаторе, по сравнению с двухобмоточным трансформатором для (а) трансформатора 300 В: 240 В , и (б) трансформатор 400 В: 100 В.

(a) Для трансформатора 300 В: 240 В, x =

В2 240  = 0,80 В1 300

Из уравнения (20.12) объем меди в автотрансформаторе = (1 — 0,80) (объем меди в трансформатор с двойной обмоткой) = (0,20) (объем меди в трансформаторе с двойной обмоткой) Следовательно, экономия составляет 80% (b) Для трансформатора 400 В: 1000 В x =

В2 100  = 0,25 В1 400

Из уравнения (20.12) объем меди в автотрансформаторе = (1 — 0,25) (объем меди в двухобмоточном трансформаторе) = (0.75) (объем меди в трансформаторе с двойной обмоткой) Следовательно, экономия составляет 25% и 150 вторичных витков. Если напряжение питания составляет 1,5 кВ, определите напряжение вторичной линии на холостом ходу, когда обмотки соединены (а) треугольник-звезда, (б) звезда-треугольник. (a) Для соединения треугольником VL  VP, следовательно, напряжение первичной фазы, VP1 = 1,5 кВ = 1500 В

N   150  Напряжение вторичной фазы, VP2 = VP1  2   (1500)   = 375 V 600   N1  Для соединения звездой VL  3 VP

3  375  = 649.5 В

, следовательно, напряжение вторичной линии =

(b) Для соединения звездой VL  3 VP или VP 

Напряжение первичной фазы, VP1

VL1 3



VL 3

1500 = 866,0 В 3

Для соединения треугольником, VL  VP N1 V1  N 2 V2

N   150 , из которых, напряжение вторичной фазы, VP2  VP1  2   (866,0)    600   N1  = 216,5 В = напряжение вторичной линии

288

Упражнение 128, стр. 353

1.Трансформатор тока имеет два витка на первичной обмотке и вторичную обмотку на 260 витков. Вторичная обмотка подключается к амперметру с сопротивлением 0,2 Ом, сопротивление вторичной обмотки 0,3 Ом. Если ток в первичной обмотке составляет 650 А, определите (а) показания амперметра, (б) разность потенциалов на амперметре и (в) общую нагрузку в ВА на вторичной обмотке.

N   2  (a) Показания амперметра, I2  I1  1   (650)   = 5A  260   N2  (b) P.d. на амперметре = I2 R 2  (5) (0,2) = 1 В (c) Общее сопротивление вторичной цепи = 0,2 + 0,3 = 0,5 Вызвать ЭДС. во вторичной обмотке = (5) (0,5) = 2,5 В Общая нагрузка на вторичной обмотке = (2,5) (5) = 7,5 ВА

289

Проектирование повышающего и понижающего трансформатора с расчетом

Раскрытие информации: мы можем зарабатывать деньги или продукты от компаний, упомянутых в этом сообщении, через партнерские ссылки на продукты или услуги, связанные с содержанием этой статьи

(Последнее обновление: 19 августа 2020 г.)

Повышающий и понижающий трансформатор, обзор:

Проектирование повышающих и понижающих трансформаторов с расчетом — Повышающие и понижающие трансформаторы можно найти повсюду во всем мире.Даже если вы откроете зарядное устройство для сотового телефона, вы найдете небольшой понижающий трансформатор, который преобразует 110/220 В переменного тока примерно в 5 вольт. Вы можете легко найти понижающие трансформаторы в радиоприемниках, телевизорах, видеомагнитофонах, проигрывателях компакт-дисков, бритвах, антенных приемниках, зарядных устройствах для ноутбуков, принтерах, стабилизаторах и т. Д.

Из-за сильного отключения нагрузки в таких странах, как Пакистан и Индия, кто-то может легко найти инверторы. Эти инверторы имеют повышающий и понижающий трансформаторы, как вы можете видеть на рисунке ниже.

Когда нет электричества, с помощью повышающего трансформатора повышается напряжение аккумулятора на 12 В. В то время как этот небольшой понижающий трансформатор используется для питания электроники. Размер повышающего и понижающего трансформатора зависит от нагрузки. Поскольку повышающие и понижающие трансформаторы являются одними из наиболее часто используемых электронных устройств, поэтому я решил написать подробную статью о повышающих и понижающих трансформаторах и поделиться с вами некоторыми базовыми знаниями о том, как эти трансформаторы могут быть разработан.Эта статья посвящена проектированию и расчету повышающих и понижающих трансформаторов. Если вы хотите узнать больше о силовых трансформаторах, подумайте о прочтении моей статьи о СИЛОВОМ ТРАНСФОРМАТОРЕ и его типах с объяснением принципа работы.

Без промедления, приступим !!!

Повышающий трансформатор:

In Step up Число витков первичной обмотки трансформатора меньше, чем витков вторичной обмотки, он преобразует низкое первичное напряжение в высокое вторичное напряжение i.е. он увеличивает входное напряжение.

Пример повышающего трансформатора

Например, рассмотрим трансформатор, в котором количество витков в первичной обмотке 250 и во вторичной обмотке равно 1000. Если переменное напряжение на первичной обмотке трансформатора составляет 110 В, то напряжение на вторичной обмотке трансформатора может рассчитывается по следующему уравнению.

V _p / V _s = N _p / N _s

N _P (первичные витки) = 250

N _S (вторичные витки) = 1000

В _P (первичное напряжение) = 110 В

В _S (вторичное напряжение) =?

Используя приведенное выше уравнение:

V _p / V _p = N _p / N _s

Переставляя уравнение, получаем:

Из приведенного выше примера видно, что входное напряжение увеличивается с 110 В до 440 В

Преимущества повышающих трансформаторов

Преимущества повышающих трансформаторов:

Трансмиссия

Повышающие трансформаторы повышают напряжение для передачи электроэнергии на большие расстояния.Электричество проходит тысячи километров, прежде чем достигнет наших домов. Таким образом, происходит потеря мощности на линиях, поэтому для этой цели напряжение повышается, чтобы напряжение легко передавалось без каких-либо потерь.

Нет времени пуска

Повышающий трансформатор пускается без задержек.

Безостановочная работа

Повышающий трансформатор работает в системе распределения электроэнергии без перебоев, работает постоянно.

Понижающий трансформатор:

В понижающем трансформаторе количество витков первичной обмотки больше, чем витков вторичной обмотки, он преобразует уровень напряжения с более высокого уровня на более низкий уровень. Понижающие трансформаторы используются в распределительных сетях, они понижают высокое сетевое напряжение и низкое напряжение, которое можно использовать для бытовой техники.

Количество витков первичной и вторичной обмоток определяет, насколько нужно уменьшить напряжение.

Если указанное соотношение витков составляет 2: 1, что означает, что количество витков первичной обмотки в два раза больше, чем вторичная обмотка, то выходное напряжение будет вдвое меньше входного напряжения, а ток удвоится.

Общая мощность трансформатора останется прежней, только уровень напряжения будет уменьшен. Он не производит напряжение, а снижает уровень напряжения за счет увеличения тока. Например, если коэффициент трансформации трансформатора составляет 1: 2, он будет вдвое снизить выходное напряжение за счет удвоения тока.

Мощность в первичной катушке = Мощность во вторичной катушке

V _P x I _P = V _S x I _S

V _p / V _s = I _s / I _p

Пример понижающего трансформатора

Например, рассмотрим трансформатор, у которого количество витков в первичной обмотке 2500, а во вторичной — 1500.Если переменное напряжение на первичной обмотке трансформатора составляет 220 В, то напряжение на вторичной обмотке трансформатора можно рассчитать с помощью следующего уравнения.

V _p / V _s = N _p / N _s

N _P (первичные витки) = 2500

N _S (вторичные витки) = 1500

В _P (первичное напряжение) = 220 В

В _S (вторичное напряжение) =?

Используя приведенное выше уравнение:

V _p / V _p = N _p / N _s

Переставляя уравнение, получаем:

Из приведенного выше примера видно, что входное напряжение понижается с 220 В до 132 В

Понижающий трансформатор использует:

Все трансформаторы, которые мы видим возле наших домов, улиц, деревень или городов, являются понижающими трансформаторами.Они понижают напряжение с 11кВ до 220В, чтобы развести его в наши дома.
до широкого применения импульсных источников питания используется понижающий трансформатор.

Термины, относящиеся к конструкции трансформатора:

Плотность потока:

Плотность магнитного потока определяется как магнитный поток, проходящий через определенную область, перпендикулярную полю. B также известен как индукция магнитного поля

Плотность тока:

Определяется как величина электрического тока (расход заряда в амперах), протекающего через единицу площади поперечного сечения.Плотность тока — это векторная величина, потому что она задается величиной и направлением. Обозначается буквой J. Измеряется в амперах / м ^2.

Математическая форма:

Плотность тока (Дж) = Ток (I) / Площадь (A)

Например,

Если по проводнику с заданной площадью 10 м протекает ток 60 ампер ², какова плотность тока?

Ответ:

Ток, I = 60 ампер, площадь A = 10 м ².

Дж = I / A

Дж = 60/10

Дж = 6 Ампер / м ²

Проектирование трансформатора:

Для проектирования трансформатора необходимы следующие расчеты:

Площадь поперечного сечения (железо)
Количество витков первичной обмотки
Количество витков вторичной обмотки
Диаметр первичного проводника
Диаметр вторичного проводника

Допущения

При проектировании трансформатора примем следующие значения:

КПД 80%

Плотность потока = 1.2 ^{Вт / м2}

Плотность тока = 2,5 ^{Вт / м2}

Плотность напряжения = 0,5%

Фактор стека = 0,9

Конструкция / расчет понижающего трансформатора с 220 В на 110:

Рейтинг

110 ВА 220/110 В

Номинальное вторичное напряжение = 110 ВА

Напряжение вторичной обмотки = 110 В

Ток вторичной обмотки = номинальное напряжение / вторичное напряжение

Ток вторичной обмотки = 110 ВА / 110 В

= 1А

Плотность тока = Ток (I) / Площадь

Площадь вторичного проводника = ток (I) / плотность тока (j)

= 1/2.2 = (4 × A) / π
Извлечение квадратного корня с обеих сторон
d = √ ((4 × A) / π)

Подставляя значения, получаем
d = √ ((4 × 0,4) / π)

d = 0,71 мм
Из этого значения мы выберем стандартный калибр провода
Теперь мы рассчитаем напряжение первичной обмотки
Первичная (ВА) = (Вторичная (ВА)) / КПД
Первичная (ВА) = 110 ВА / 0,8
Первичная ( ВА) = 137,5 ВА
Возьмем примерно 140 ВА
Чистая площадь поперечного сечения = √ (Первичная (ВА))

Чистая площадь поперечного сечения = √137.2 = (4 × A) / π
Извлечение квадратного корня с обеих сторон
d = √ ((4 × A) / π)

Подставляя значения, получаем
d = √ ((4 × 0,26) / π)

d = 0,56 мм

Количество витков первичной обмотки:

Мы будем использовать формулу ЭДС на оборот
ЭДС на оборот = 4,44 × N × B_max × f × A
N = (ЭДС на оборот) / (4,44 × B_max × f × A)
N = 220 / (4,44 × 1,2 × 50 × 13,33)
N = 620 оборотов

Количество витков вторичной обмотки:

Мы будем использовать формулу ЭДС на оборот
ЭДС на оборот = 4,44 × N × B_max × f × A
N = (ЭДС на оборот) / (4.44 × B_max × f × A)
N = 110 / (4,44 × 1,2 × 50 × 13,33)
N = 310 витков
Из-за напряжения регулирования напряжения его вторичная сторона может колебаться, увеличиваясь и уменьшаясь, поэтому мы также будем колебать витки, поэтому мы будем использовать значение плотности напряжения, равное 0,5.
Фактическое количество оборотов = 5/100 × 310 = 15,5 = 16
Общее количество оборотов на вторичной обмотке = 310 + 16 = 326 оборотов

Конструкция / расчет понижающего трансформатора с 220В на 12В:

Допущения
При проектировании трансформатора мы примем следующие значения:
КПД 80%
Плотность магнитного потока = B_m = от 1 до 1.2 = (4 × A) / π
Извлечение квадратного корня с обеих сторон
d = √ ((4 × A) / π)

Подставляя значения, получаем
d = √ ((4 × 2) / π)

d = 1,596 мм

Из приведенной выше таблицы мы выберем SWG провода, так как диаметр равен 1,596 мм, для которого SWG равен 16.
Первичный (ВА) = (Вторичный (ВА)) / КПД
Первичный (ВА) = 880 / 0,9
Первичный (ВА) ) = 977,7 ВА
Первичный ток = (Первичный (ВА)) / (Первичный вольт)
Первичный ток = 978/12
Первичный ток = 81,5 A
Площадь проводника = (Ток (I)) / (Плотность тока (Дж) )
Площадь проводника = 81.8 / (4,44 × 6500 × 50)
N = 6,93
Мы возьмем число оборотов на вольт, приблизительно равное N = 7
Общая расчетная площадь обмотки = 11 квадратных дюймов
CA = (WA (площадь намотки)) / (FG (окно площадь))
CA = 11 / (3 × 1)
CA = 3,7 квадратных дюйма
Stack = (Площадь поперечного сечения сердечника (CA)) / (E (ширина сердечника на галопе) × Sf)
Sf = коэффициент укладки
Стопка = (3,7) / (2 × 0,9)
Стопка = 2 дюйма
Размер бобины = 2 дюйма × 2 дюйма сердечника 7
Оборотов на вольт = 7 / (3,7) = 1,89 TPV
Количество витков первичной обмотки = витков на вольт × volt
Количество витков первичной обмотки = 1.89 × 12 = 23 витка
Количество витков первичной обмотки = 1,89 × 220 × 1,03 = 429 витков
Где 1,03 — напряжение падения мощности

Примеры, относящиеся к трансформатору:

Пример 1:

Трансформатор имеет 40 обмоток в первичной обмотке и 30 — во вторичной обмотке. Если первичное напряжение 220 В, найдите вторичное напряжение. 2.2
b) Коэффициент трансформации
N_1 = 400
N_2 = 1000
Коэффициент трансформации = N_2 / N_1
Коэффициент трансформации = 1000/400
Коэффициент трансформации = 2,5
c) Напряжение, индуцированное во вторичной обмотке
V_p / V_s = N_p / N_s
By переставив уравнение:
V_s = 〖V_p × N〗 _s / N_p
V_s = 520 × 2,5
V_s = 1300V
d) ЭДС, индуцированная за оборот
V_p / N_p = 520/400 = 1,3 вольт на оборот
V_s / N_s = 1300/1000 = 1,3 вольта на виток
Итак, пока что все. Надеюсь, вы узнали что-то новое из этой статьи.Теперь вы можете легко спроектировать собственный блок питания на базе понижающего трансформатора на 12 В и 2 А для проекта на базе Arduino. Не забудьте подписаться на мой сайт и канал YouTube «Электронная клиника».

Нравится:

Нравится Загрузка …

Основы трансформатора

1 Трансформаторы: знакомство

Разработка и испытание трансформатора иногда рассматриваются как искусство, а не наука.
Трансформаторы — несовершенные устройства, и между расчетными значениями трансформатора, его испытательными измерениями и его реальными характеристиками в цепи могут быть различия.
Возвращаясь к основам, эта техническая заметка поможет инженерам-проектировщикам и инженерам-испытателям понять, как электрические характеристики трансформатора являются результатом физических свойств сердечника и обмоток.

2 Основная теория трансформатора

На приведенном выше рисунке показаны основные элементы трансформатора: магнитный сердечник с первичной и вторичной обмотками, намотанными на концах магнитопровода.
Переменное напряжение (Vp), приложенное к первичной обмотке, создает переменный ток (Ip) через первичную обмотку.
Этот ток создает переменный магнитный поток в магнитопроводе.
Этот переменный магнитный поток индуцирует напряжение в каждом витке первичной обмотки и в каждом витке вторичной обмотки.

Поскольку поток является постоянным, то есть одинаковым как в первичной, так и во вторичной обмотке:

Это уравнение показывает, что трансформатор можно использовать для повышения или понижения переменного напряжения путем управления соотношением витков первичной и вторичной обмоток. (Действие трансформатора напряжения).

Также можно показать, что:
Первичный вольт-ампер = вторичный вольт-ампер

Это уравнение показывает, что трансформатор можно использовать для повышения или понижения переменного тока путем управления соотношением витков первичной и вторичной обмоток.(Действие трансформатора тока)

Следует отметить, что нет электрического соединения между первичной и вторичной обмотками.
Трансформатор, таким образом, обеспечивает средство изоляции одной электрической цепи от другой.
Эти характеристики — преобразование напряжения / тока и изоляция — не могут быть эффективно реализованы никакими другими средствами, в результате чего трансформаторы используются почти в каждом электрическом и электронном оборудовании в мире.

3 кривых B-H

Когда первичная обмотка трансформатора находится под напряжением, а вторичная — ненагруженной, в первичной обмотке протекает небольшой ток.Этот ток создает «намагничивающую силу», которая создает магнитный поток в сердечнике трансформатора.
Сила намагничивания (H) равна произведению тока намагничивания и количества витков и выражается в ампер-витках.
Для любого данного магнитного материала можно построить график зависимости между силой намагничивания и создаваемым магнитным потоком. Это известно как кривая материала B-H.

Из кривой B-H можно увидеть, что, когда сила намагничивания увеличивается от нуля, магнитный поток увеличивается до определенного максимального значения магнитного потока.

Выше этого уровня дальнейшее увеличение силы намагничивания не приводит к значительному увеличению магнитного потока. Магнитный материал называется «насыщенным».

Трансформатор обычно проектируется так, чтобы плотность магнитного потока была ниже уровня, вызывающего насыщение.
Плотность потока можно определить с помощью следующего уравнения:

Где:
E представляет собой действующее значение приложенного напряжения.
N — количество витков обмотки.
B представляет собой максимальное значение плотности магнитного потока в сердечнике (тесла).
A представляет собой площадь поперечного сечения магнитного материала в сердечнике (в квадратных метрах).
f представляет частоту приложенных вольт.

Примечание
1 Тесла = 1 Вебер / м²
1 Вебер / м² = 10 000 Гаусс
1 Ампер-виток на метр = 4 p x 10-3 Эрстед

На практике все магнитные материалы после намагничивания сохраняют некоторую часть своего намагничивания даже при уменьшении силы намагничивания до нуля.
Этот эффект известен как «остаточная намагниченность» и приводит к тому, что кривая B-H для материала демонстрирует реакцию на уменьшение силы намагничивания, которая отличается от реакции на увеличение силы намагничивания.

На практике реальные магнитные материалы имеют следующую кривую B-H:

Кривая, показанная выше, называется «петлей гистерезиса» материала, и она представляет собой истинный отклик B-H материала. (Первая кривая B-H представляет собой среднее или среднее значение истинного отклика петли B-H).

Наклон кривой B-H, уровень насыщения и размер петли гистерезиса зависят от типа используемого материала и других факторов.
Это проиллюстрировано на следующих примерах:

	Сердечник из низкопробного железа Высокая плотность потока насыщения Большой контур = большие гистерезисные потери Подходит для 50/60 Гц
	Сердечник из высококачественного железа Высокая плотность потока насыщения Средний контур = средние гистерезисные потери Подходит для трансформаторов 400 Гц
	Ферритовый сердечник — без воздушного зазора Плотность потока среднего насыщения Малый контур = малые гистерезисные потери Подходит для высокочастотных трансформаторов
	Ферритовый сердечник — большой воздушный зазор Маленькая петля = малые потери на гистерезис Подходит для высокочастотных индукторов с большим постоянным током

4 Гистерезис потери

Потери на гистерезис являются результатом циклического изменения магнитного материала вдоль его кривой B-H.

Он представляет энергию, взятую как приложенное напряжение, выравнивает магнитные диполи сначала в одном направлении, а затем в другом.

Потери увеличиваются с увеличением площади приложенной кривой B-H. По мере того, как материал приближается к насыщению, как площадь кривой, так и соответствующие потери энергии в каждом цикле существенно увеличиваются.

5 Потери на вихревые токи

Потери на вихревые токи вызываются небольшими токами, циркулирующими в материале сердечника, вызванными переменным потоком в сердечнике.
Потери мощности I * I * R (потери на «нагрев»), связанные с этими токами, вызывают нагрев сердечника, известный как потери на вихревые токи.
В трансформаторах с железным сердечником используются изолированные железные листы, известные как ламинаты, чтобы минимизировать этот эффект, ограничивая путь для циркулирующих токов.
Ферритовые сердечники еще больше ограничивают эти пути.

6 Схема эквивалента трансформатора

Идеальный трансформатор с одной первичной обмоткой и двумя вторичными обмотками можно представить, как показано ниже

Такой трансформатор имеет следующие характеристики:
• Без потерь
• Идеальное соединение между всеми обмотками
• Бесконечное сопротивление холостого хода (т.е.е., отсутствие входного тока при разомкнутых вторичных обмотках).
• Бесконечная изоляция между обмотками.
В действительности практические трансформаторы показывают характеристики, которые отличаются от характеристик идеального трансформатора.
Многие из этих характеристик могут быть представлены схемой замещения трансформатора:

Где:
R1, R2, R3 — сопротивление обмоточного провода.

C1, C2, C3 представляют собой емкость между обмотками.

Rp представляет собой потери из-за вихревых токов и гистерезисных потерь.Это реальные потери мощности, иногда называемые потерями в сердечнике, которые можно измерить путем измерения мощности холостого хода. Поскольку ток нагрузки отсутствует, потери в меди I ² R очень малы в обмотке под напряжением, и почти все ватты, измеренные без нагрузки, связаны с сердечником.

Lp представляет собой импеданс, обусловленный током намагничивания. Это ток, который создает намагничивающую силу H, используемую в схемах контура B-H. Обратите внимание, что этот ток не может быть простой синусоидальной волной, но может иметь искаженную форму пика, если трансформатор работает в нелинейной области кривой B-H.Обычно это относится к трансформаторам линейной частоты, многослойным трансформаторам.

L1, L2, L3 представляют индуктивность рассеяния каждой из обмоток. (Это подробно обсуждается в примечании Voltech 104-105, «Индуктивность утечки».)

7 Выводы

Эквивалентная схема трансформатора отражает реальные свойства магнитной цепи, содержащей сердечник и обмотки.
Таким образом, эквивалентную схему можно с уверенностью использовать для понимания и прогнозирования электрических характеристик трансформатора в различных ситуациях.

8 Дополнительная литература

Эквивалентную схему также можно использовать для понимания и оптимизации испытаний и условий испытаний, которые можно использовать для проверки правильности конструкции трансформатора.
В дальнейших технических примечаниях к этой серии обсуждается, как параметры эквивалентной схемы используются для проведения практических испытаний трансформаторов, чтобы гарантировать их качество в производственных условиях.

См. Также: Техническое примечание по индуктивности утечки
(VPN 104-105) Техническое примечание по соотношению витков
(VPN 104-113)
Техническое примечание по испытаниям ферритового трансформатора (VPN 104-128)
Техническое примечание об испытании ламинатного трансформатора (VPN 104-127)

Эквивалентная схема трансформатора | электрическаялегкость.com

В практичном трансформере —
(a) Некоторый поток утечки присутствует как на первичной, так и на вторичной стороне. Эта утечка приводит к возникновению реактивных сопротивлений утечки с обеих сторон, которые обозначаются как X ₁ и X ₂ соответственно.
(b) И первичная, и вторичная обмотки обладают сопротивлением, обозначенным как R ₁ и R ₂ соответственно. Эти сопротивления вызывают падение напряжения, как I ₁ R ₁ и I ₂ R ₂, а также потери в меди I ₁ ² R ₁ и I и I ₂ ² R ₂.
(c) Проницаемость сердечника не может быть бесконечной, поэтому необходим некоторый ток намагничивания. Взаимный поток также вызывает потери в сердечнике в железных частях трансформатора.
Чтобы вывести схему замещения трансформатора , необходимо учесть все вышеперечисленное.

Схема замещения трансформатора Сопротивления и реактивные сопротивления трансформатора, описанные выше, можно представить отдельно от обмоток (как показано на рисунке ниже). Следовательно, функция обмоток в дальнейшем будет только преобразовывать напряжение.
Ток холостого хода I ₀ делится на чистую индуктивность X ₀ (с учетом намагничивающих компонентов I _μ) и неиндукционное сопротивление R ₀ (с учетом рабочего компонента I _w), которые соединены параллельно через Главная. Значение E ₁ может быть получено путем вычитания I ₁ Z ₁ из V ₁. Значение R ₀ и X ₀ можно рассчитать как: R ₀ = E ₁ / I _w и X ₀ = E ₁ / I _μ.

Но использование этой эквивалентной схемы не упрощает вычислений. Чтобы упростить вычисления, предпочтительно передавать ток, напряжение и полное сопротивление либо на первичную, либо на вторичную стороны. В этом случае придется работать только с одной обмоткой, что удобнее.

Из коэффициента трансформации напряжения видно, что
E ₁ / E ₂ = N = N ₁ / N ₂ = K

Теперь давайте отнесем параметры вторичной стороны к первичной.
Z ₂ может называться первичным как Z ₂ ‘
, где Z ₂‘ = (N ₁ / N ₂) ² Z ₂ = K ² Z ₂. ………… где K = N ₁ / N ₂.
, то есть R ₂ ‘+ jX ₂‘ = K ² (R ₂ + jX ₂)
приравнивание действительной и мнимой частей,
R ₂ ‘= K ² R ₂ и X ₂ ‘= K ² X ₂.
And V ₂ ‘= KV ₂
На следующем рисунке показана эквивалентная схема трансформатора с параметрами вторичной обмотки относительно первичной .

Теперь, когда значения сопротивления обмотки и реактивного сопротивления утечки настолько малы, что V ₁ и E ₁ можно считать равными. Следовательно, возбуждающий ток, потребляемый параллельной комбинацией R ₀ и X ₀, не повлияет существенно, если мы переместим его на входные клеммы, как показано на рисунке ниже.

Теперь пусть R ₁ + R ₂ ‘= R’eq и X ₁ + X ₂‘ = X’eq
Тогда эквивалентная схема трансформатора принимает вид, показанный на рисунке ниже

Примерная схема замещения трансформатора

Если рассчитывается только регулировка напряжения, то можно пренебречь даже всей ветвью возбуждения (параллельная комбинация R0 и X0). Тогда эквивалентная схема станет такой, как показано на рисунке ниже

.

Как рассчитать трансформатор, количество витков намотки на вольт. Габаритная мощность трансформатора. Диаметр провода обмотки.

Подключение обмоток трансформаторов ТПП

Соединение обмоток отдельных трансформаторов

Простейший расчет силового трансформатора

многократно проверенный расчет сетевого трансформатора

Определение габаритной мощности трансформатора по железу. Как узнать мощность трансформатора? Определение мощности силового трансформатора

Определение мощности силового трансформатора

Расчет ш-образного трансформатора

Как рассчитать мощность трансформатора

Как рассчитать трансформатор тока

Теория и история

Расчёт параметров прибора

Определение мощности

Вычисление сечения сердечника

Расчёт количества витков

Токи в обмотках

Диаметр провода

Виды и применение трансформаторов

Рекомендуем также

Как узнать мощность трансформатора?

Определение мощности силового трансформатора

Как узнать мощность трансформатора по габаритам

Максимальные ориентировочные значения индукции

Видео: Как определить мощность трансформатора, несколько способов

Поделиться ссылкой:

Как узнать мощность трансформатора по железу — MOREREMONTA

Определение мощности силового трансформатора

Максимальные ориентировочные значения индукции

Видео: Как определить мощность трансформатора, несколько способов

Руководство по трансформаторам — Основы трансформаторов с железным сердечником

Трансформаторы — University Physics Volume 2

Цели обучения

Сводка

Концептуальные вопросы

Проблемы

Дополнительные проблемы

Задачи-вызовы

Глоссарий

Первичная обмотка — обзор

Потери в железе

[PDF] Глава 21 — Скачать PDF бесплатно

Проектирование повышающего и понижающего трансформатора с расчетом

Пример повышающего трансформатора

Пример понижающего трансформатора

Понижающий трансформатор использует:

Количество витков первичной обмотки:

Количество витков вторичной обмотки:

Конструкция / расчет понижающего трансформатора с 220В на 12В:

Примеры, относящиеся к трансформатору:

Пример 1:

Нравится:

Основы трансформатора

1 Трансформаторы: знакомство

2 Основная теория трансформатора

3 кривых B-H

4 Гистерезис потери

5 Потери на вихревые токи

6 Схема эквивалента трансформатора

7 Выводы

8 Дополнительная литература

Эквивалентная схема трансформатора | электрическаялегкость.com

Примерная схема замещения трансформатора

Добавить комментарий Отменить ответ