Расчет силового трансформатора на тороидальном сердечнике: elektrosat — Расчёт тороидального трансформатора онлайн

Содержание

elektrosat — Расчёт тороидального трансформатора онлайн

А здесь можно посмотреть как намотать тороидальный трансформатор.

 

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

 

Описание вводимых и расчётных полей программы:

 

  1. — поле светло-голубого цвета – исходные данные для расчёта,
  2. — поле жёлтого цвета заполнять не требуется – так как данные автоматически выбираются из справочных таблиц.
  3. — Нажимая на кнопку , поле табличных значений поменяет цвет на голубой и позволит ввести собственные значения,
  4. — поле зелёного цвета – рассчитанное значение.

 

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

Sок ф – фактическая площадь окна в имеющемся магнитопроводе. Рассчитывается по формуле:
Sок = π * d2 / 4.

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

J — Плотность тока, см. табл:

Конструкция магнитопроводаПлотность тока J, [а/мм кв.] при Рвых, [Вт]
2-1515-5050-150150-300300-1000
Кольцевая5-4,54,5-3,53,53,0

Вмах — магнитная индукция, см. табл:

Конструкция магнитопроводаМагнитная индукция Вмах, [Тл] при Рвых, [Вт]
5-1515-5050-150150-300300-1000
Тор1,71,71,71,651,6

Кок — коэффициент заполнения окна, см. табл:

Конструкция магнитопроводаКоэффициент заполнения окна Кок при Рвых, [Вт]
5-1515-5050-150150-300300-1000
Тор0,18-0,200,20-0,260,26-0,270,27-0,28

Кст — коэффициент заполнения магнитопровода сталью, см. табл.

Конструкция магнитопроводаКоэффициент заполнения Кст при толщине стали, мм
0,080,10,150,20,35
Тор0,850,88

 

Здесь можно посмотреть как намотать тороидальный трансформатор. Видео размещено с разрешения автора altevaa TV

 

Поделиться ссылкой:

Кликните на звездочку чтобы выставить рейтинг страницы

Расчет сварочного трансформатора на тороидальном сердечнике

Трансформатор является главным узлом сварочного аппарата независимо от его конструкции. При самостоятельном изготовлении этого элемента возникает много вопросов: Как  выбрать  форму магнитопровода? Какой требуется намоточный провод? Как сделать расчет необходимого  количества витков?

Тороидальный трансформатор имеет ряд преимуществ перед трансформаторами другого типа:

  • Равномерное распределение обмоток;
  • Снижение массы на 20…30 % при сохранении мощности;
  • Сниженные токи Х. Х. в 10…20  раз;
  • Высокий К.П.Д;
  • Уменьшение полей рассеяния;
  • Низкий уровень шума.

Если приложить определенные усилия для создания тороидального  трансформатора своими руками, то можно получить свой уникальный набор характеристик устройства, которое удовлетворит все потребности при работе со сваркой. И даже более того – можно учесть текущие реалии нашей действительности такие как, например пониженное напряжение в сети вашего дома.

Используя формулы и методы, приведенные в нашей статье, вы получите практическое пособие по расчету сварочного трансформатора на тороидальном сердечнике.

Методика расчета – пошаговая инструкция

Сам же расчет тороидального трансформатора разделяется на две части:

  1. Непосредственно рассчитать мощность тороидального сердечника, чтобы ее определить вы можете получить, при наличии у вас конкретного сердечника, или заданной мощности, то определить размеры будущего трансформатора.
  2. Расчет собственно электрической части, которая включает в себя количество витков в обмотках, а также какое сечение будет применяться в обмотках и материал провода.

Расчет сердечника

Его мы произведем по формуле, которая уже включает в себя константы, для упрощения понимания его результатов. Дальше останется подставить в ниже приведенную формулу только переменные значения, а именно:

«P=1,9*Sc*So», где:

  • P – это мощность, которую возможно получить, применяя сердечник с таким габаритными размерами
  • 1,9 – результат математических действий над всеми константами для данного вида трансформаторов
  • Sc- площадь сердечника, единица измерения сантиметры квадратные
  • So – площадь отверстия в теле сердечника, в «кв. см.»

Формулы расчета площади сечения тороидального сердечника

Если сделанный трансформатор будет иметь основное назначение – сварка, то размеры его сердечника должны быть адекватными, иначе полученной мощности устройства будет не достаточно для выполнения своих функций. Для примера возьмем следующие значения и применив калькулятор вычислим.
«P=1,9*70*70=9310 Ватт»

Определим количество витков первичной обмотки

В первую очередь рассмотрим расчет с единой первичной обмоткой, без регулировки. Для этого сначала выясним, сколько витков обмотки должен иметь тороидальный трансформатор для получения 1 вольта напряжения. Применим следующую формулу.
К=35/ Sc, где:

  • K – количество витков на 1 вольт напряжения.
  • 35 – это константа, которая одинакова для всех типов тороидальных сердечников.
  • Sc- площадь сердечника, единица измерения сантиметры квадратные.

Таким образом, если у нас имеется сердечник площадью 70 «кв. см.», то подставив значения в формулу, получим следующую ситуацию.
«K=35/70=0,5» витка на каждый вольт, и соответственно объём первичной обмотки узнаем, применив соответствующую формулу.
«W1=U1*K», где:

  • W1- количество витков в первой обмотке.
  • U1 – необходимое напряжение в этой точке.
  • K – количество витков на 1 вольт напряжения.

«W1=220*0,5=110» – витков.
С учетом того, что мы проводим вычисления для сварочного трансформатора, то примем за рабочее напряжение вторичной равное 35 вольт, тогда исходя из аналогичной формулы, получим.
«W2=35*0,5=17,5» – витков.

Расчет сечения применяемых проводов

Чтобы рассчитать необходимые сечения нужно понять какой ток будет через них протекать, это единственный параметр который влияет на толщину используемого материала, итак, вычисление величины тока в обмотках трансформатора:
«I пер.=9310 Ватт/220 Вольт=42.3 Ампера»
С вторичной обмоткой несколько сложнее, все должно опираться на напряжение дуги и ток сварки.
«I свар.=(29 Вольт-14)/0.05=300 Ампер», где 29 вольт среднее значение дуги сварки. Теперь проверяем, возможна ли такая мощность у нашего устройства 300 Ампер*29 Вольт=8700 Ватт.

Это значение вполне укладывается в мощность, которой обладает тороидальный трансформатор, рассчитываемый нами, поэтому 300 Ампер, считаем током вторичной обмотки. Проведя эти нехитрые вычисления, для которых даже не всегда нужен калькулятор, можно перейти к определению сечения проводов и их материала.

Из руководящих документов таких как, например «ПУЭ», известно, что для продолжительной работы требуется 1 квадратный миллиметр сечения меди на каждые 5 ампер тока, а при использовании алюминия 2 ампера.
Исходя из этих данных, вычисляем сечение проводов в устройстве для меди:

  1. Первичная обмотка=42,3/5=8,46 кв. мм, ближайший стандарт сечения это 10.
  2. Вторичная обмотка=300/5=60 кв. мм, выбираем следующее по стандарту сечение в сторону увеличения это 70.

Применяем условие продолжительности нагрузки 40 процентов, так как никто не работает все время под нагрузкой. В этом случае сечение можно уменьшить в два раза, тогда получаем:

  1. 8,46/2=4,23 ближайший стандарт сечения -6 кв. мм.
  2. 60/2=30 следующий стандарт 35 кв. мм.

Как упростить задачу по намотке витков на сердечник

Зная как создать трансформатор во всех подробностях и всеми данными, остается перейти к практической работе, но намотка витков представляет собой достаточно трудоемкий процесс, требующий особой концентрации внимания. Правильность намотки также имеет значение и напрямую влияет на характеристики устройства, которое в итоге получится.

Но для таких случаев в помощь людям существует специальное устройство, станок для намотки тороидальных трансформаторов, цена такого приспособления не высока, но купить его не просто, поэтому на рынке часто встречаются самодельные устройства, и если почитать соответствующую литературу, то можно попробовать сделать этот станок самому.

Расчет силовых трансформаторов при произвольных законах изменения напряжения и тока

Расчету трансформаторов посвящено много работ, например [1–5]. В данной статье представлен подход к их расчету,
основанный на обеспечении:

  • заданного нагрева магнитопровода (МП) при намагничивании его переменным напряжением произвольной формы и нагрева обмоток рабочим током произвольной формы;

  • получения заданной индуктивности рассеивания, то есть получения заданного значения напряжения короткого замыкания или заданной длительности фронта импульса.

Первый подход хорошо зарекомендовал себя при расчете дросселей с магнитопроводом при произвольной форме тока [6]. Созданная теория подтверждалась результатами статистической обработки значений удельной энергии промышленных дросселей, которая выявила зависимость удельной энергии дросселя как степень 1/7 от значения самой энергии в широких пределах изменения энергий от долей до тысяч джоулей.

Далее не рассматривается расчет «строчных» трансформаторов, которые по виду выполняемых функций являются двухобмоточными дросселями.

В трансформаторе закон изменения индукции задается напряжением, в дросселе — током. Другими словами, сердечник трансформатора намагничивается напряжением, а дросселя — током. Можно выделить несколько типичных несинусоидальных режимов работы трансформатора.

  1. Минимальное и максимальное значения напряжения близки по абсолютному значению, но имеют противоположные знаки
    (рис. 1а). Имеет место режим переменного тока.

  2. Минимальное и максимальное значения напряжения намного отличаются друг от друга, например,
    одно равно 5–10% другого (рис. 1б). Время действия положительного и отрицательного напряжения сильно отличаются.
    Режим принято называть импульсным. Разность между максимальным и минимальным значением индукции называют перепадом ΔB
    (иногда размахом), а половину этого значения — амплитудой переменной составляющей Bm.

В обоих режимах постоянная составляющая индуктированного напряжения равна нулю. В противном случае индукция в магнитопроводе стала бы непрерывно нарастать.

Дроссель и трансформатор состоят из одинаковых частей: магнитопровода и обмоток. Задачей конструктивного расчета трансформатора и дросселя является определение основных геометрических размеров магнитопровода, числа витков обмоток, сечения проводов обмоток, а для дросселя — еще и определение размеров воздушного зазора.

Исходными данными для расчета трансформатора являются:

  1. Закон изменения напряжения u(t) и тока i(t) с заданными параметрами: средним
    значением напряжения Uср, эффективным значением тока I или амплитудой Im
    и коэффициентом амплитуды импульса ka = Im/I, а также скважностью импульсов
    ν = τи/T (рис. 1б).

  2. Ls — индуктивность рассеивания, или напряжение короткого замыкания uк,
    или τs = Ls/Rн — постоянная времени, где Rн — сопротивление нагрузки
    трансформатора.

Если трансформатор работает совместно с формирующей линией, то при вычислении постоянной времени сопротивление
нагрузки должно быть удвоено, так как сопротивление нагрузки и, как правило, равное ему волновое сопротивление
линии включены последовательно с индуктивностью рассеивания трансформатора.

Далее будут рассмотрены броневые и стержневые типы трансформаторов. Самые плохие условия охлаждения, ввиду закрытости
магни-топровода катушками, имеет стержневой тип с катушками на обоих стержнях. Стержневой тип трансформатора с двумя
катушками эквивалентен тороидальному трансформатору. Удельные потери для этих магнитопроводов, как правило, должны
составлять 3–5 Вт/кг, а для остальных — 7–10 Вт/кг.

Предварительно по принятому значению удельных потерь в магнитопроводе при известном законе изменения индукции
определяют допустимую амплитуду переменной составляющей индукции Вmc или перепад индукции
ΔBи.

Рассмотрим выбор и расчет режима работы магнитопроводов.

Самым простым является выбор рабочей индукции для работы на очень низких частотах — 10–20 Гц.
В этом случае могут быть применены шихтованные или витые магнитопро-воды из обычных трансформаторных
сталей с толщиной листа или ленты 0,3–0,5 мм. Для импульсных трансформаторов перепад индукций может
быть близким к значению 2Вs. Для обеспечения такого режима должно быть применено смещение рабочей
точки на кривой намагничивания путем подмагничивания МП постоянным током.

На частотах в десятки и сотни герц должен быть проведен традиционный выбор материалов и режимов работы.

На частотах несколько десятков килогерц потери в МП являются определяющими в выборе марки и толщины магнитного
материала. На этих частотах вихревые потери можно регулировать выбором толщины материала. Особо тонкими выпускаются
ленты из пермаллоев (толщиной 10–20 мк) и аморфные или нанокристаллические материалы (25 мк). Гистерезисные потери
не зависят от толщины материала, а на высоких частотах становятся определяющими. Необходимо выбирать материалы с
узкой петлей гистерезиса или с высокой начальной магнитной проницаемостью. Здесь МП из аморфных сплавов практически
не имеют преимуществ по сравнению с МП из высоколегированных сплавов (пермаллоев).

Радикальный способ снижения потерь — это уменьшение рабочего значения индукции вплоть до десятых долей тесла.
Повышенное значение индукции насыщения материала часто оказывается невостребованным. При малом значении индукции
размеры магнитопровода и трансформатора сильно возрастают.

Для повышения индукции и уменьшения размеров трансформатора может быть применен интенсивный обдув или масляное
охлаждение, повышающие теплосъем с поверхностей в 1,5-2 раза. Ферритовые сердечники при естественном охлаждении
позволяют работать с индукцией 0,3-0,4 Тл.

Выше 10-15 кГц — область работы ферри-товых сердечников или обычных сплавов с очень низкими значениями рабочей
индукции или принудительным охлаждением. К сожалению, изготовление ферритовых сердечников больших размеров связано
с технологическими трудностями. Выбор рабочей индукции производится расчетным путем или по графикам справочных
материалов [7, 8].

Объективным способом контроля качества расчета является экспериментальная проверка теплового режима магнитопровода
при выбранной рабочей индукции на опытном сердечнике или его модели. На сердечник наматывается контрольная обмотка
из тонкого провода с числом витков, обеспечивающим выбранное значение индукции при известной амплитуде импульса
контрольного генератора w=Uг × τи/(s × ΔВи).

Такой генератор имеет небольшую мощность, так как обеспечивает намагничивание сердечника только на холостом ходу.
Те участки сердечника, на которых будет располагаться обмотка, могут быть закрыты теплоизоляционным материалом.

Пример результатов проверки приведен на графиках (рис. 2). Выбором магнитного материала и величины рабочей индукции заканчивается первый этап расчета трансформатора.

В последующих выводах принято допущение, что тепловой режим магнитопровода не влияет на тепловой режим катушки. При тепловом расчете магнитопровода и катушек не должны учитываться поверхности их соприкосновения.

Второй этап — расчет обмоток. За основную переменную величину принимаем сечение магнитопровода (первая строка таблицы).
Сечение — единственный геометрический параметр, входящий в формулу закона электромагнитной индукции. Закон инвариантен
по отношению к форме сечения. Через сечение при выбранной конфигурации трансформатора могут быть определены все
остальные размеры трансформатора, например, короткая сторона сечения a=0,5×s1/2 (вторая строка таблицы), длинная
сторона в=2а, высота окна h=4,6а, длина средней силовой линии lc=(4,6+4,6+2+2+3,14)×а=k2×s1/2
(третья строка таблицы), длина витка lм=k4×s1/2 , сечение окна
sок=k6×s. При вычислении площади охлаждения катушек участки поверхности,
соприкасающиеся с маг-нитопроводом, исключены из общей площади охлаждения.

В таблице приведены данные об отношении открытой для охлаждения поверхности магнитопровода к его объему (k12),
определяющие допустимые удельные потери в сердечнике Вт·м/кг.

Выбор в качестве аргумента сечения s удобен тем, что после определения основных геометрических размеров трансформатора
стержень с прямоугольным сечением может быть заменен стержнем любой формы (например, круглым, ступенчатым) с
равновеликим сечением при сохранении основных электрических параметров трансформатора. В таблице представлен ряд
типовых конструкций трансформаторов броневого и стержневого типов. Два первых — броневые с квадратным и прямоугольным
сечением магнитопровода, два следующих — стержневые с квадратным и прямоугольным сечением магнитопровода с катушками
на каждом стержне, и два последних — тоже стержневые с катушкой на одном стержне.

Проблема рассматривается без учета нелинейности вебер-амперных характеристик и при предположении, что в обмотках
отсутствуют дополнительные каналы охлаждения.

Напряжение, индукция, сечение магнитопровода и число витков связаны законом электромагнитной индукции:

  • при переменном напряжении:

    отсюда может быть найдено число витков:

  • при синусоидальном напряжении:

  • при импульсном напряжении:

    где ΔBи=2Bmc — перепад индукций, Bmc — максимальное
    значение индукции в материале сердечника.

Видно, что при произвольном законе изменения напряжения роль импульса намагничивания играет среднее значение
напряжения за ту часть периода, в которой напряжение выше (или ниже) нуля; эффективное значение тока вычисляется
за целый период. Импульсный режим отличается от периодического, в первую очередь, наличием скважности, отличием
амплитуд и длительностей положительной и отрицательной частей кривой напряжения.

Умножая левую и правую части первых уравнений при переменном режиме на I, а при импульсном режиме на Iи,
с учетом того, что I=Im/ka√v и T=1/f, получим:

  • при переменном напряжении:

  • при синусоидальном напряжении:

  • при импульсном напряжении:

Покажем, что МДС (Iw)1 катушек каждого магнитопровода имеет некоторое предельное значение, ограниченное
нагревом катушек. Пусть в окне сердечника площадью sок размещается w витков обмотки, коэффициент заполнения
окна проводниковым материалом kм=0,35, тогда активное сопротивление обмотки:

где lм1 — средняя длина одного витка обмотки, ρ=1,85 × 10–8 Ом·м — удельное
сопротивление медного провода.

Для того чтобы сопротивление обмотки и выделяющаяся мощность не увеличивались с ростом рабочей частоты (кГц)
трансформатора, его обмотки должны быть намотаны проводом типа литцендрат. Жила провода литцендрат состоит из
многих изолированных проводников. Диаметр одного проводника (мм) не должен превышать значения [9]:

Мощность, выделяемая в катушке и рассеиваемая ее поверхностью:

где sохл — поверхность охлаждения обмотки, то есть поверхность обмотки за исключением частей,
обращенных к стержню; q=650 Вт/м2 — допустимая плотность теплового потока при превышении температуры
поверхности обмотки над окружающим воздухом на 55 °С.

Для уменьшения индуктивности рассеивания (см. далее) бывает целесообразно при заданной площади окна снизить
толщину намотки, то есть занять обмоткой лишь часть ширины окна. Эта же задача возникает при необходимости
разместить в окне высоковольтную изоляцию первичной или вторичной обмотки.

Введем параметр ß

Предельная МДС зависит от геометрических размеров катушки, коэффициента теплоотдачи с ее поверхности,
удельного сопротивления провода и коэффициента использования ширины окна.

Поверхность охлаждения, площадь окна, площадь сечения сердечника, средняя длина витка для выбранной
формы сердечника могут быть выражены через сечение зазора s, и поэтому

для распространенных геометрических форм магнитопроводов приведены в таблице (при расчетах предполагается
использование системы СИ).

В каждой катушке стержня трансформатора имеется минимум две обмотки, их магнитодвижущие силы равны:
(Iw)1=(Iw)2=(Iw)пред/2. С учетом этого уравнения (3) и (4) примут вид:

  • при переменном напряжении:
  • при синусоидальном напряжении:
  • при импульсном напряжении:

Это первая группа формул для определения сечения магнитопровода проектируемого трансформатора. Затем могут
быть определены остальные размеры, например, короткая сторона сечения магнитопровода a=√s при
квадратной или a=√(s/2) при прямоугольной форме сечения, высота окна h=4a и т. д.

Обратим внимание, что исходными данными для расчета трансформатора на переменном токе являются среднее напряжение
за полпериода и эффективный ток обмоток без учета фазы их взаимного расположения во времени. Другими словами,
размеры трансформатора зависят не от передаваемой активной мощности, а от полной или кажущейся мощности S.

Однако если производить расчет трансформатора исходя только из условий охлаждения, то может оказаться, что
индуктивность рассеивания Ls обмоток будет очень большой, что приведет к недопустимо большому падению напряжения
uк при синусоидальном режиме работы трансформатора, искажению формы кривой при другом законе изменения напряжения
или к недопустимо большой длительности фронта τsи в импульсном режиме.

Значение индуктивности рассеивания Ls пропорционально площади сечения катушек трансформатора в плоскости,
перпендикулярной оси катушек, и обратно пропорционально их длине. Если одна обмотка короче другой, то индуктивность
рассеивания резко возрастает, поэтому длины обмоток должны совпадать. При малом числе витков для выполнения этого
условия секции с малым числом витков должны быть повторены необходимое число раз, а затем соединены параллельно.
Эффективная площадь рассеивания ss представляет сумму третьей части от площади сечения обмоток и полной площади
сечения зазора между обмотками. Если обмотки занимают не всю ширину окна, то:

Значения коэффициента kLs приведены в таблице.

У стержневого трансформатора с двумя катушками длина катушек вдвое больше, чем у трансформаторов остальных видов,
а их толщина вдвое меньше. Индуктивность рассеивания получается примерно в 4 раза меньше, чем у других видов.
Она сопоставима с индуктивностью рассеивания трансформатора, выполненного на тороидальном сердечнике с обмоткой,
расположенной не по всей длине средней силовой линии МП (из-за необходимости выполнить выводы от нижней обмотки).
Однако, если на высоких частотах из-за плохого охлаждения сердечника придется вдвое снизить индукцию, то потребуется
вдвое увеличивать число витков, в четыре раза возрастет индуктивность рассеивания. Преимущества тороидальной конструкции
полностью теряются.

Подставим в формулу (12) значения витков (1) и (2) для обоих режимов и получим:

  • при переменном напряжении
  • при импульсном напряжении

Мы получили вторую пару формул для определения размеров трансформатора. Она определяет размеры трансформатора при
любой форме кривой напряжения. Предполагается, что известно значение индуктивности рассеивания и напряжение той
обмотки, относительно которой определяется эта индуктивность.

Если значение Ls неизвестно, то размеры могут быть определены через относительные величины: напряжение короткого
замыкания для синусоидального режима (понятие напряжение короткого замыкания существует только для синусоидального
режима, когда существует величина — круговая частота ω=2πf) или относительную длительность фронта импульса для
импульсного режима.

Умножим левую и правую части уравнения (13) для синусоидального режима на I, а для импульсного режима
(15) — на Iи и после несложных преобразований получим:

  • при синусоидальном напряжении
  • при импульсном напряжении

где uк=100ω>LsI/U — напряжение короткого замыкания в %, а
для импульсного режима τsи — относительная длительность фронта импульса.

Таким образом, мы получили третью пару формул для определения площади сечения магнитопровода.

Если известны Ls и uк или τsи,
то вторая и третья группы формул дают одинаковый результат. Из найденных по (9-11) сечения s1
и по (14, 16-18) сечения s2 должно быть выбрано большее по величине,
и с ним проведены расчеты остальных геометрических параметров, чисел витков и др. Однако, если сечение,
найденное из (14, 16-18), окажется много больше сечения, полученного из (9-11) с учетом только тепловой
нагрузки трансформатора (через kIw),, то должен быть произведен повторный расчет с β s20/21 ≡ s1) значение р может быть принято равным отношению полученных на первом шаге
сечений s1/s2.

Тепловыделение внутри обмоток трансформатора, поверхность охлаждения и принятая допустимая температура поверхности
катушек определяют максимально допустимую плотность тока в проводах обмоток:

Значения коэффициента kΔ также приведены в таблице.

С учетом найденных соотношений могут быть определены объемы меди обмотки и стали сердечника.

Зная плотность меди и стали, предполагая массу конструктивных элементов (10%), найдем массу этих частей и
общую массу трансформатора, кг:

Значения коэффициентов kg , kg и kg приведены в таблице.

В формулу для определения общей массы трансформатора mТ (21) может быть подставлено
значение сечения из (9). Получим выражение для вычисления массы трансформатора без учета влияния индуктивности
рассеивания:

Используя формулу (17), найдем выражение для массы через полную мощность и напряжение короткого замыкания:

Используя формулу (18), определим массу трансформатора при одновременном задании энергии импульса и постоянной времени цепи нагрузки:

Значения коэффициентов kgSu=kgWz приведены в таблице.

При анализе этих коэффициентов видно, что если проектировать трансформатор с одинаковым уровнем индукции
(если позволяют условия охлаждения МП), то самым легким является стержневой трансформатор с прямоугольным
сечением магнитопровода.

Порядок применения формул для инженерных расчетов покажем на примерах.

Пример 1

Требуется спроектировать трансформатор, работающий от генератора напряжения прямоугольной формы («меандр») с
амплитудой 375 В. Ток нагрузки в виде резонансного контура обуславливает синусоидальную форму тока с эффективным
значением I=Im/(ka√v) = 43 А, рабочая частота 15 кГц, индуктивность рассеивания
должна составлять 9,5 мкГн.

Высокая рабочая частота заставляет сразу обраться к применению ферритового магнитопровода. Коэффициент заполнения
материалом сердечника kc=1. В соответствии с приведенным на рис. 2 графиком выбираем уровень рабочей индукции
Bcm=0,22 Тл.

Выбираем магнитопровод стержневого типа с прямоугольным сечением. Рассчитываем сечение магнитопровода без учета
требований к напряжению короткого замыкания по (9), первоначально с Β=1.

Теперь с учетом требований к индуктивности рассеивания рассчитаем по (16):

Очевидно, трансформатор должен быть выполнен на магнитопроводе с большим сечением — 8,6 см2. По найденному сечению
могут быть определены остальные размеры трансформатора. Например, а=0,71√s=0,02 м,
высота окна h=4a=0,08м; ширина окна 1,6а=0,032м; площадь окна 0,0026 м2 и т. д.
Число витков рассчитываем по формуле (1):

Плотность тока вычисляем по формуле (19):

Сечение провода 43/2,9 = 14,8 мм2, или иначе:

Диаметр составляющих литцендрат проводников по (6) составит 1/√15 = 0,26 мм.

Число витков и сечение другой обмотки будут отличаться в коэффициент трансформации раз.

Масса трансформатора составит mТ= kgs((β+1)/2)s3/2,
mТ=1,40×105×1×(8,6×104)3/2 = 3,5 кг.

Пример 2

Требуется рассчитать трансформатор, работающий совместно с формирующей линией, импульсным напряжением 40 кВ,
током 300 А (импульсная мощность 12 МВт), длительностью импульса 360 мкс, длительностью фронта tф = 10% и частотой
повторения импульсов 1 Гц.

Скважность импульсов 1/0,00036 = 2780. Трансформатор, работающий на активную нагрузку без формирующей линии,
будет иметь постоянную времени фронта вдвое больше — 20%. Длительность фронта — 360×0,2 = 72 мкс = 3τs.
Постоянная времени фронта трансформатора тs составит 72/3=24 мкс. При этом сопротивление нагрузки
Rн=40 000/300=133 Ом, и индуктивность рассеивания LssRн=24×133 = 3200 мкГ.

Расчет начинаем с выбора режима работы магнитного материала сердечника. При частоте повторения 1 Гц можно использовать
любой магнитомягкий материал — листовую трансформаторную сталь. Максимальное значение индукции может
быть ΔВи=2Bs=2,4 Тл.

Выбираем стержневой магнитопровод с квадратным (круглым, ступенчатым) сечением стержня с двумя катушками.

Рассчитываем сечение магнитопровода по энергии импульса без учета требований к длительности фронта (11)
первоначально β=1.

Теперь по энергии импульса с учетом требований к длительности фронта (18) находим s:

Масса трансформатора с сечением 255·10–4 м2 составит в соответствии с (21):

Редкие импульсы не могут сильно нагреть обмотки, поэтому первое сечение и магнитопровод получаются небольшими.
Второе большое сечение является следствием требований, связанных с длительностью фронта, то есть с индуктивностью
рассеивания. Два полученных сечения отличаются примерно в пять раз. Можно в 2-3 раза уменьшить толщину обмотки.
Проведем расчет по тем же формулам (11) и (18) при β=0,4:

Дальнейшие вычисления необходимо производить с этим значением сечения, например, масса трансформатора будет не 1006 кг, а:

Значение В может быть еще уменьшено.

Пример 3

Оценим размеры трансформатора с прямоугольной формой кривых рабочего напряжения и тока (меандр) 50 В, ток 1 А (эфф.) для работы на частоте 50 кГц.

Предполагаем применение ферритового броневого магнитопровода (Ш-образного) с индукцией 200 мТл.

По формуле (9) находим необходимое сечение магнитопровода: 0,31 см2 = 31 мм2.

По формуле (22) его массу: 0,012 кг =12 г и т. д.

Далее могут быть проанализированы другие варианты конструкций, иные соотношения размеров с целью проведения уточнений при той или иной оптимизации (по массе, объему, стоимости, введению каналов охлаждения и т. п.).

Расчет по разработанным формулам типовых, выпускаемых промышленностью рядов трансформаторов серии ТН, ОСМ дает совпадение расчетных параметров с фактическими.

Одинаково успешный расчет и малых, и больших трансформаторов при различных законах изменения напряжения и тока указывает на фундаментальность приведенной теории расчета.

Литература

1. Тихомиров П. М. Расчет трансформаторов. М.: Госэнергоиздат, 1953.

2. Ицхоки Я. С. Импульсная техника. М.: Советское радио, 1949.

3. Булгаков Н. И. Расчет трансформаторов. М.: Госэнергоиздат, 1950.

4. Ицхоки Я. С. Импульсные устройства. М.: Советское радио, 1959.

5. Черкашин Ю. С. Определение условий эквивалентности электрических режимов мощных силовых и импульсных трансформаторов // Электричество. 1966. № 5.

6. Черкашин Ю. С. Расчет дросселей с маг-нитопроводом при произвольной форме тока // Силовая электроника. 2008. № 3.

7. Черкашин Ю. С. Процесс и энергия намагничивания листового магнитопровода при прямоугольном напряжении // Электричество. 1978. № 6.

8. Бабин С. В., Карасев В. В., Филиппов Ф. Е. Характеристики магнитопроводов трансформаторов тока при одновременном воздействии постоянного и переменного магнитного поля // Электротехническая промышленность. 1981. Вып. 6.

9. Черкашин Ю. С. Проектирование катушек индуктивности для мощных радиотехнических устройств // Радиотехника. 1986. № 6.

РАСЧЕТ СИЛОВОГО ТРАНСФОРМАТОРА



силовой
трансформатор   радиотехнические
расчеты    радио калькулятор












       
РАСЧЕТ СИЛОВОГО
ТРАНСФОРМАТОРА






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






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






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






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






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






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






 






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






S
окна = h*b






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











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






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






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






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

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






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









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





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

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






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






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






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











Пользование
табличкой, думаю, не составит трудностей…






Расчет тороидального сетевого
трансформатора






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




В расчетах примем КПД трансформатора 0,95 . Учитывая то, что нам нужен
надежный трансформатор, и учитывая то, что напряжение в сети может
иметь отклонения от 220 вольт до 10%, принимаем В=1,2 Тл




Плотность тока принимаем 3,5 А/мм2




Коэффициент заполнения сердечника сталью принимаем 0,95




Коэффициент заполнения окна принимаем 0,45




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

Р=1.9 * Sc * So











Далее считаем количество витков первичной
(сетевой) обмотки — оно равно
n1=40 * 220 / Sc




Где: Sc — площадь поперечного сечения сердечника, соответственно [кв.
см]; 220 — напряжение первичной обмотки [В]; Количество витков во
вторичных обмотках считаем по той же формуле, но учитываем падение
напряжения под нагрузкой — добавляем примерно 5 % к расчитанному
количеству.






Диаметр провода всех обмоток
расчитываем по формулам






— для меди    
    






— для алюминия




Расчёт и изготовление трансформатора для импульсного блока питания





«Как-то лет в 12 нашёл я старый трансформатор, слегка перемотал его и включил.

Энергосистема опознала нового радиотехника и приветливо моргнула всем домом.

Вот так я и начал изучать силовую электронику».

А тем временем традиционные линейные источники питания на силовых трансформаторах всё чаще стали вытесняться своими импульсными
коллегами.

При этом, что бы там не говорили авторитетные товарищи про многочисленные технические достоинства импульсных преобразователей,
плюс у них только один — массогабаритные показатели.
Всё остальное — сплошной минус.

Однако этот единственный плюс оказался настолько жирным, что заслонил собой все многочисленные минусы, особенно в тех замесах, когда
к электроустройствам не предъявляется каких-либо жёстких требований.

Наиболее популярными среди радиолюбителей стали сетевые источники питания, собранные на микросхемах IR2153 и IR2155, которые
представляют из себя самотактируемые высоковольтные драйверы, позволяющие получать полумостовые импульсные блоки питания
мощностью до 1,5 кВт с минимальной обвязкой.


И если сердце импульсного блока питания колотится внутри готовой буржуйской микросхемы, то главным, ответственным
за электрохозяйство среди остальных наружных образований, безусловно, является правильно выполненный трансформатор.

Для наших высокотоковых дел лучше всего применять трансформаторы с тороидальным магнитопроводом.
В сравнении с другими сердечниками они имеют меньший вес и габариты, а также отличаются лучшими условиями охлаждения обмоток и
повышенным КПД.

Но самое главное — при равномерном распределении обмоток по периметру сердечника практически отсутствует магнитное поле рассеяния, что
в большинстве случаев отметает потребность в тщательном экранировании трансформаторов.

По сути дела, умных статей в сети на предмет расчёта импульсных трансформаторов великое множество, с картинками, формулами,
таблицами и прочими авторитетными причиндалами.
Наблюдаются в свободном доступе и многочисленные онлайн-калькуляторы на интересующую нас тематику.

И снизошла б на нас благодать неземная, кабы вся полученная информация сложилась в наших любознательных головах в единое большое целое.

Да вот, что-то не получается. Ништяк обламывается из-за того, что следуя этими различным компетентным источникам, мы устойчиво
получаем на выходе и различные результаты.

Вот и гуляют по сети идентичные радиолюбительские схемы импульсных блоков питания на IR2153 с идентичными заявленными характеристиками,
трансформаторами на одних и тех же кольцах, но радикально не идентичным количеством витков первичных обмоток трансформаторов.

А когда эти различия выражаются многими разами, то возникает желание «что-то подправить в консерватории». Объясняется это желание
просто — существенной зависимостью КПД устройства от значения индуктивности, на которую нагружены ключевые транзисторы преобразователя.
А в качестве этой индуктивности как раз и выступает первичная обмотка импульсного трансформатора.

А для лучшего восприятия сказанного, приведу типовую схему источника питания на IR2153, не обременённую ни устройством защиты,
ни какими-либо другими излишествами.



Рис.1

Схема проверена временем и многочисленными опытами изрядно пощипанных током, неустрашимых радиолюбителей,
так что не работать в ней — просто нечему.

Ну и наконец, переходим к расчёту импульсного трансформатора.

Мотать его будем на бюджетных низкочастотных ферритовых кольцах отечественного производителя 2000НМ или
импортных — EPCOS N87, а для начала определимся с габаритной мощностью тороидального ферритового магнитопровода.

Концепция выбора габаритной мощности с запасом в 10% от максимальной мощности в нагрузке, заложенная в режимы
автоматического подбора сердечника в большинстве калькуляторов, хотя и не противоречит теоретическим расчётам, учитывающим высокий КПД
импульсного трансформатора, но всё же наводит на грустную мысль о ненадлежащей надёжности и возможной скорой кончине полученного
моточного изделия.

Куда мне ближе трактовка этого параметра, описанная в литературе: Pгаб>1,25×Рн .

Расчёты поведём исходя из частоты работы преобразователя IR2153, равной 50 кГц. Почему именно такой?

Не ниже, потому что такой выбор частоты позволяет нам уложиться в достаточно компактные размеры ферритового сердечника,
и при этом гарантирует полное отсутствие сигналов комбинационных частот ниже 30 кГц при работе девайса в составе качественной
звуковоспроизводящей аппаратуры.

А не выше, потому что мы пилоты… А феррит у нас низкочастотный и может почахнуть и ответить значительным снижением магнитной
проницаемости при частотах свыше 60-70 кГц.
Не забываем, что сигнал, на выходах ключей имеет форму меандра и совокупная амплитуда гармоник, с частотами в 3-9 раз
превышающими основную, имеет весьма ощутимую величину.

Параметры первичной обмотки трансформатора рассчитаем при помощи программы Lite-CalcIT, позволяющей, на мой взгляд, вполне
адекватно оценить как размер сердечника, так и количество витков первичной обмотки.

Результаты сведём в таблицу.


































 Мощность блока  

 питания, Вт  
 Размеры кольца, мм ;  

 (габаритная мощность, Вт)  
 Количество витков  

 первичной обмотки  
 Индуктивность  

  обмотки, мГн
25
 R 20×12×6 2000НМ (33,8 Вт) 

 R 22,1×13,7×6,35 №87 (51,5 Вт) 

208 (d=0,25мм)  

152 (d=0,25мм)  

51,9

30,9
50
 R 22,1×13,7×12,5 №87 (100,1 Вт) 

 R 22,1×13,7×7,9 №87 (63,9 Вт) 

 R 27×18×6 2000НМ (85,3 Вт) 

78 (d=0,35мм)  

122 (d=0,35мм)  

185 (d=0,35мм)  

15,9

24,8

32,8
100
 R 28×16×9 2000НМ (136 Вт) 

 R 32,0×20,0×6,0 №27 (141 Вт) 

93 (d=0,5мм)  

139 (d=0,5мм)  

17,0

19,3
200

 R 28×16×18 2000НМ (268 Вт) 

 R 29,5×19,0×14,9 №87 (297 Вт) 

 R 30,5×20,0×12,5 №87 (265 Вт) 

 R 34,0×20,5×10,0 №87 (294 Вт) 

 R 34,0×20,5×12,5 №87 (371 Вт) 

 R 38×24×7 2000НМ (278 Вт) 


47 (d=0,7мм)  

52 (d=0,7мм)  

62 (d=0,7мм)  

61 (d=0,7мм)  

49 (d=0,7мм)  

102 (d=0,7мм)  


8,7

7,8

8,9

8,3

6,7

13,2
400
 R 36,0×23,0×15,0 №87 (552 Вт) 

 R 38×24×14 2000НМ (565 Вт) 

 R 40×25×11 2000НМ (500 Вт) 

42 (d=1,0мм)  

51 (d=1,0мм)  

61 (d=1,0мм)  

5,2

6,6

7,6
800
 R 40×25×22 2000НМ (998 Вт) 

 R 45×28×16 2000НМ (1036 Вт) 

 R 45×28×24 2000НМ (1580 Вт) 

31 (d=1,6мм)  

37 (d=1,6мм)  

25 (d=1,6мм)  

3.9

4,1

2,8
1500
 R 50,0×30,0×20,0 №87 (1907 Вт) 

 R 58,3×32,0×18,0 №87 (2570 Вт) 

21 (d=2×1,5мм)  

18 (d=2×1,5мм)  

2,0

1,5

Как следует мотать первичную обмотку трансформатора?



Рис. 2   а)
б)
в)
г)
д)

Если используются кольца 2000НМ отечественного производителя, то для начала — посредством наждачной бумаги скругляем наружные
острые грани до состояния, приведённого на Рис.2 а).

Далее на кольцо следует намотать термостойкую изоляционную прокладку (Рис.2 б). В качестве изоляционного материала можно
выбрать лакоткань, стеклолакоткань, киперную ленту, или сантехническую фторопластовую ленту.

Для буржуйских колец фирмы EPCOS первые два пункта практической ценности не имеют.

Настало время намотать однослойную обмотку «виток к витку» (Рис.2 в). Обмотка должна быть равномерно распределена по периметру
магнитопровода — это важно!

Если в закромах радиолюбительского хозяйства не завалялся обмоточный провод необходимого диаметра, то обмотку можно намотать
сразу в два, или несколько проводов меньшего диаметра (Рис.2 г). Не забываем, что зависимость тока от диаметра квадратичная и если, к
примеру, нам надо заменить провод диаметром 1мм, то это будет не два провода по 0,5мм, а четыре (или два провода по 0,7мм).

Ну и для завершения первичного процесса поверх первичной обмотки трансформатора наматываем межобмоточную прокладку — пару слоёв лакоткани или другой
изолирующей ленты (Рис.2 д).

А вот теперь мы плавно переходим к выполнению второй части упражнения.

Казалось бы, расчёты количества витков вторичной обмотки импульсного трансформатора настолько банальны и очевидны,
что, как говаривал товарищ Мамин-Сибиряк — «яйца выеденного не стоят».

Да только вот опять — не складываются куличики в пирамидку, потому как далеко не каждый источник информации радует ожидаемым результатом.
Поэтому для начала приведём формулу зависимости
выходного напряжения от соотношения количества витков обмоток:
W1    (Uвх — Uдм1)/2 — Uнас ,

W2         (Uвых+Uдм2)


где Uвх — значение выпрямленного напряжения сети, равное 1,41×220≈310В,
Uдм1 — падение напряжения на входном диодном мосте ≈ 1В,
Uдм2 — падение напряжения на выходном диодном мосте ≈ 1В,
Uнас — напряжение насыщения на ключевом транзисторе ≈ 1,6В.

Подставив значения, получаем конечную формулу W2 = W1×(Uвых+1)/153.


Это формула верна для случаев, когда мы хотим получить расчётное значение выходного напряжения на холостом ходу.

Если же данный параметр нас интересует при максимальном токе нагрузки, то практика показывает, что количество витков вторичной
обмотки следует увеличить на 10%.

Теперь, что касается диаметра провода вторичной обмотки трансформатора. Диаметр этот достаточно просто вычисляется по формуле:
D = 1,13× I / J,

где I — ток обмотки, а J — параметр плотности тока, напрямую зависящий от мощности трансформатора и
принимающий для кольцевых сердечников значения:

≈4,5 для мощностей до 50Вт;  ≈4 для 50-150Вт;  ≈3,25 для 150-300Вт и  ≈2,75 для 300-1000Вт.

И в завершении приведу незамысловатый калькулятор для расчёта параметров вторичной обмотки импульсного трансформатора.



Точно так же, как и в случае с первичной обмоткой — вторичная должна быть как можно более равномерно распределена по периметру
магнитопровода.




Количество вторичных обмоток ограничено только размерами магнитопровода.
При этом суммарная величина снимаемых с обмоток мощностей
не должна превышать расчётную мощность трансформатора.

При необходимости поиметь двуполярный источник питания, обе обмотки следует мотать одновременно, затем присовокупить начало одной
обмотки к концу другой, а уже потом направить это соединение, в зависимости от личных пристрастий — к земле, средней точке,
общей шине, корпусу, или совсем на худой конец — к GND-у.

Ну что ж, с трансформатором определились, пора озадачиться полным джентльменским набором настоящего мужчины — плавками
с меховым гульфиком, а главное, непосредственно импульсным блоком питания, оснащённым такими значимыми прибамбасами, как устройства
мягкого пуска и защиты от токовых перегрузок и КЗ.

Всё это хозяйство подробно опишем на странице Ссылка на страницу.

 

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<2525 — 6060 — 100100 — 160160 — 250250 — 400400 — 700700 — 1000
d, мм0,10,150,20,250,30,40,50,6

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.

Тороидальные трансформаторы: обмотка, конструкция, расчет

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

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

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

Что потребуется для изготовления тороидального трансформатора?

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

Тороидальная намоточная машина для производства тороидальных трансформаторов

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

Использование стали CRGO для тороидального трансформатора

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

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

Обмотка тороидального трансформатора

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

Пример расчета

На данном примере процесс лучше всего представлен. Обычно первичная обмотка питается от сети переменного напряжения 220 В. Предположим, вам нужны две вторичные обмотки, чтобы на каждом выходе было 12 В. А в первичной обмотке вы также используете провод сечением 0,6 мм. Таким образом, площадь поперечного сечения составит примерно 0,23 квадратных метра. Мм Но это еще не все расчеты, тороидальные трансформаторы нужно тщательно настраивать все параметры.Еще раз, немного арифметики — вам нужно разделить 220 (В) на количество напряжений вторичной цепи. Следовательно, вы получите коэффициент 3,9.

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

Мощность

— Как я могу определить, сколько ватт может передать тороид?

Но в моем случае я собираюсь использовать абсолютное минимальное количество
первичные обмотки, потому что состояние холостого хода никогда не возникнет.

Плохая идея. Насыщение сердечника имеет первостепенное значение (без каламбура) в любом применении трансформатора.Плотность потока вызывает насыщение, и плотность потока зависит от напряженности магнитного поля, H. H измеряется в ампер-витках на метр, а сила тока зависит от приложенного первичного напряжения и рабочей частоты. Более высокие частоты означают более низкие токи, потому что ток намагничивания является индуктивным по своей природе.

Когда вторичная обмотка не нагружена, импеданс первичной обмотки определяется рабочей частотой, размерами сердечника, проницаемостью сердечника и квадратом витков. Удвоите количество витков, и вы в четыре раза увеличите индуктивность, а для заданных первичного напряжения и частоты ток холостого хода уменьшится на четверть.

Если вы удвоите количество витков и четверть тока, то H уменьшится вдвое и, следовательно, имеет пиковую магнитную индукцию, и, следовательно, потенциал насыщения также уменьшится вдвое.

Независимо от тока нагрузки, ток намагничивания будет течь независимо. Насыщение сердечника не зависит от токов нагрузки, протекающих в первичной обмотке. Вы полностью ошибаетесь, если думаете, что насыщение ядра зависит от тока нагрузки. Ампер-витки тока нагрузки в первичной обмотке полностью компенсируются ампер-витками тока нагрузки во вторичной обмотке.Это факт.

Конкретным примером может быть магнитный ток всего 70 мА, наложенный на первичный ток нагрузки 1 А — наивная интуиция подсказывает вам, что ток нагрузки 1 А преобладает и вызывает насыщение. Знания и опыт говорят об обратном.

Итак, если вы хотите спроектировать тороид для работы на частоте 260 Гц, определите, что такое первичная индуктивность, вычислите ток, вычислите H и посмотрите на кривую BH для сердечника трансформатора, чтобы увидеть, происходит ли магнитное насыщение.Если Amazon не может предоставить эту информацию, поищите трансформатор с техническими данными.

Обмотка тороидального трансформатора — формула тороидального трансформатора

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

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

Расчет обмотки тороидального трансформатора

Что понимают под силовыми тороидальными трансформаторами

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

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

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

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

Проектирование и расчет тороидального трансформатора

Здесь мы переходим к взятому тороидальному трансформатору для пояснения формулы.

(d1-d2) * h = Площадь тороидального сердечника

1,5 * 5,2 = 7,8 см

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

42 / 7,8 = 5,38 витка

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

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

витков вторичной катушки нам нужно узнать

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

35 * 5.38 = прибл. 190 оборотов нужно

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

Как намотать нормальный трансформатор посмотреть здесь

IRJET-Запрошенная вами страница не была найдена на нашем сайте

IRJET приглашает статьи из различных инженерных и технологических дисциплин для Тома 8, выпуск 5 (май-2021)

Отправить сейчас


IRJET Vol-8 Выпуск 5, Май 2021 г. Публикация продолжается…

Обзор статей


IRJET получил «Импакт-фактор научного журнала: 7,529» за 2020 год.

Проверить здесь


IRJET получил сертификат регистрации ISO 9001: 2008 для своей системы управления качеством.


IRJET приглашает специалистов по различным инженерным и технологическим дисциплинам, научным дисциплинам для Тома 8, выпуск 5 (май 2021 г.)

Отправить сейчас


IRJET Vol-8, выпуск 5, май 2021 г. Публикация продолжается…

Обзор статей


IRJET получил «Импакт-фактор научного журнала: 7,529» за 2020 год.

Проверить здесь


IRJET получил сертификат регистрации ISO 9001: 2008 для своей системы управления качеством.


IRJET приглашает специалистов по различным инженерным и технологическим дисциплинам, научным дисциплинам для Тома 8, выпуск 5 (май 2021 г.)

Отправить сейчас


IRJET Vol-8, выпуск 5, май 2021 г. Публикация продолжается…

Обзор статей


IRJET получил «Импакт-фактор научного журнала: 7,529» за 2020 год.

Проверить здесь


IRJET получил сертификат регистрации ISO 9001: 2008 для своей системы управления качеством.


IRJET приглашает специалистов по различным инженерным и технологическим дисциплинам, научным дисциплинам для Тома 8, выпуск 5 (май 2021 г.)

Отправить сейчас


IRJET Vol-8, выпуск 5, май 2021 г. Публикация продолжается…

Обзор статей


IRJET получил «Импакт-фактор научного журнала: 7,529» за 2020 год.

Проверить здесь


IRJET получил сертификат регистрации ISO 9001: 2008 для своей системы управления качеством.


IRJET приглашает специалистов по различным инженерным и технологическим дисциплинам, научным дисциплинам для Тома 8, выпуск 5 (май 2021 г.)

Отправить сейчас


IRJET Vol-8, выпуск 5, май 2021 г. Публикация продолжается…

Обзор статей


IRJET получил «Импакт-фактор научного журнала: 7,529» за 2020 год.

Проверить здесь


IRJET получил сертификат регистрации ISO 9001: 2008 для своей системы управления качеством.


IRJET приглашает специалистов по различным инженерным и технологическим дисциплинам, научным дисциплинам для Тома 8, выпуск 5 (май 2021 г.)

Отправить сейчас


IRJET Vol-8, выпуск 5, май 2021 г. Публикация продолжается…

Обзор статей


IRJET получил «Импакт-фактор научного журнала: 7,529» за 2020 год.

Проверить здесь


IRJET получил сертификат регистрации ISO 9001: 2008 для своей системы управления качеством.


IRJET приглашает специалистов по различным инженерным и технологическим дисциплинам, научным дисциплинам для Тома 8, выпуск 5 (май 2021 г.)

Отправить сейчас


IRJET Vol-8, выпуск 5, май 2021 г. Публикация продолжается…

Обзор статей


IRJET получил «Импакт-фактор научного журнала: 7,529» за 2020 год.

Проверить здесь


IRJET получил сертификат регистрации ISO 9001: 2008 для своей системы управления качеством.


IRJET приглашает специалистов по различным инженерным и технологическим дисциплинам, научным дисциплинам для Тома 8, выпуск 5 (май 2021 г.)

Отправить сейчас


IRJET Vol-8, выпуск 5, май 2021 г. Публикация продолжается…

Обзор статей


IRJET получил «Импакт-фактор научного журнала: 7,529» за 2020 год.

Проверить здесь


IRJET получил сертификат регистрации ISO 9001: 2008 для своей системы управления качеством.


Калькулятор катушек и трансформаторов

Калькулятор катушек и трансформаторов

Вернуться к оглавлению.

Калькулятор катушек и трансформаторов.

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

Ниже калькулятора вы найдете дополнительные пояснения к расчетам.
Используйте десятичную точку (не запятую), если
вы хотите ввести десятичные дроби.

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

Расшифровка терминов, используемых в этом калькуляторе

Индуктивность: L

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

L = V L / (di / dt)

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

Магнитный поток: Φ

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

Для одиночного контура применяется:
Φ = Vt

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

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

Плотность магнитного потока: B

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

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

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

Максимальная плотность магнитного потока при низкой
частота: Bmax = Bsat

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

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

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

Максимальная плотность магнитного потока
на более высокой частоте: Bmax

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

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

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

Потери в сердечнике в сердечниках из кремнистой стали

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

Рисунок 1. Потери в сердечнике в кремнистой стали.

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

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

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

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

Потери в ферритовых сердечниках

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

Рисунок 3. Потери в сердечнике феррита N27.

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

Рисунок 4. Потери в сердечнике феррита 3C90.

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


Эффективная площадь поперечного сечения сердечника: Ae

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


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

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

Максимальный магнитный поток в сердечнике:

Φmax

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

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

Относительная проницаемость керна:
мкр.

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

Эффективная проницаемость керна:
мкэ

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

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

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

Эффективная проницаемость сердечника с воздушным зазором составляет:

мкэ = мкр.le / (le + (g .μr))

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

Эффективная длина магнитного пути в сердечнике: le

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

Воздушный зазор: g

Воздушный зазор — это слой воздуха на магнитном пути сердечника.

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

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

Рис. 7: воздушный зазор во всех ветвях сердечника трансформатора ЭУ.

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

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

Коэффициент индуктивности: AL.

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

L = N.AL

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

Если вы не знаете коэффициент AL сердечника, это может быть
рассчитано из эффективной проницаемости и размеров керна:

AL = μ0. мкэ. Ae (всего) /
le

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

Объединение сердечников

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

Рисунок 8: катушка на стопке из 5 сердечников

Сопротивление провода

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

R = ρ.l / A

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

Общая площадь медной обмотки.

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

Максимальный ток (пиковый или переменный ток) через катушку

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

Imax = Φmax. Н / д

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

Зарядка время до максимального тока.

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

t = L.I / V

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

т = -L / R.LN (1- (I.R / V))

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

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

Накопленная энергия в катушке

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

E = 1/2. (L. I)

Где:
E = накопленная энергия в катушке в джоулях
L = индуктивность катушки в Генри
I = ток через катушку в амперах

Максимальное напряжение переменного тока на катушке

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

Vmax = 4,44. Φмакс. N. f

Где:
Vmax = максимальное синусоидальное напряжение переменного тока на катушке, действующее значение в вольтах
Φmax = максимальный магнитный поток в сердечнике в Weber
N ​​= количество витков на катушке
f = частота напряжения в герцах

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

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


Число витков первичной обмотки трансформатора.

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

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

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

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

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

Число витков вторичной обмотки трансформатора

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

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

Отсюда следует:
Ns = Np. Vs / Vp

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

Индуктивность первичной обмотки трансформатора

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

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

Lp = Np. AL

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

Значение первичной индуктивности необходимо для расчета намагничивания
ток трансформатора.

Ток намагничивания

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

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

Где:
Im = ток намагничивания в Амперах RMS
Vp = Первичное напряжение в Vp / (2pi.f.Lp)

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

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

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

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

Номинальная мощность

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

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

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

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

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

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

Входной ток первичной обмотки трансформатора

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

Ip = √ (Im + (Is.Ns / Np))

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

Потери в трансформаторе

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

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

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


Рисунок 9

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

Рисунок 10: упрощение рисунка 9.

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


Вернуться к оглавлению.

Расчет силовых трансформаторов сетевой частоты

Расчет силовых трансформаторов сетевой частоты



Введение

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


Размер ядра

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

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

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

Эффективность зависит от материала, из которого изготовлена ​​сердцевина; если
неизвестно, таблица ниже даст общее представление:

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

Чтобы упростить эту операцию, вам может пригодиться следующий калькулятор:

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


Плотность потока в активной зоне

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

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

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


Расчет обмоток

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

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

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

Чтобы упростить эту операцию, вам может пригодиться следующий калькулятор:

Этот калькулятор уже учитывает фактор 5% для вторичного
повороты.

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


Выбор правильного провода

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

Или для c = 2.5 А / мм 2 :

Чтобы упростить эту операцию, вам может пригодиться следующий калькулятор:


Практически

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

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

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

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

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

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

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

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


Заключение

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


Используемые символы

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

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


Библиография

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


Техническое руководство для тороидальных силовых трансформаторов Bicron

КПД ТРАНСФОРМАТОРА

Все обмотки и сердечники трансформатора производят медь и магнитные потери, которые проявляются в виде тепла:
VA вход = VA выход + W потеря
где VA = вольт x ампер
W потеря = W cu + W fe
W cu = Вт, рассеиваемая из-за потерь в меди в обмотках
W fe = Вт, рассеиваемая из-за магнитных потерь в сердечнике

Тороидальному трансформатору обычно требуется только 10% тока намагничивания, необходимого для многослойных трансформаторов.Допускаются более высокие плотности потока, поскольку направление магнитного потока совпадает с направлением зерна стального сердечника. Высокая плотность магнитного потока позволяет использовать меньше витков медного провода, что снижает DCR обмотки. На рисунке 5 показана ожидаемая эффективность с точки зрения отношения мощности в ВА.

ВЫСОКАЯ ПЛОТНОСТЬ УПАКОВКИ
Сердечники тороидального силового трансформатора имеют идеальную форму; минимизация количества материала сердечника и обеспечение симметричного распределения обмотки по всему сердечнику.Наряду с более высокими рабочими плотностями магнитного потока это позволяет использовать меньше витков медной проволоки, чем требуется на эквивалентном ламинированном сердечнике. Эти неотъемлемые характеристики приводят к значительной экономии веса и объема, а также к другим преимуществам.

Ссылаясь на уравнение Фарадея для индуцированного напряжения в обмотке трансформатора:
СЭД = 4,44 x N x AC x F x B x 10 -8
где:
F = частота
N = количество витков
8 = плотность потока (Гаусс)
AC = площадь поперечного сечения жилы (см 2 )

Силовые тороидальные трансформаторы могут работать при плотности магнитного потока до 16.5 килогаусс, что примерно на 40% больше, чем у обычного многослойного силового трансформатора. Работа любого сердечника сверх его максимальной номинальной плотности потока приведет к увеличению потерь W f e в дополнение к искажению формы сигнала.

Вес тороидального силового трансформатора складывается из следующих элементов:
Медь (обмотки) + Сталь (сердечник) + Изоляционные материалы + Монтажное оборудование или заливочный материал

Физические размеры (объем) трансформатора могут быть изменены для любой конструкции.Сердечник тороидального трансформатора изготовлен из полосы текстурированной кремнистой стали. Ширина полосы определяет высоту сердечника, в то время как внутренний и внешний диаметры определяют физические размеры и площадь поперечного сечения сердечника. Стоимость изготовления нестандартного тороидального сердечника по сравнению со стандартным относительно невысока. Большинство тороидальных трансформаторов имеют отношение диаметра к высоте 3: 1, но возможно соотношение 2: 1 (высокий профиль) и 7: 1 (низкий профиль). См. Рис.2 для сравнения стандартных Toroid иЛаминированные тома.

Очевидный компромисс для снижения веса — это количество медного провода и размер сердечника. Хорошо спроектированный трансформатор представляет собой баланс меди и стали, необходимый для получения разумного регулирования переменного тока, повышения температуры и минимальных физических размеров. См. Рис. 3 для сравнения веса тороидального и ламинированного.

ДРУГИЕ ПРЕИМУЩЕСТВА ВЫСОКОЙ ПЛОТНОСТИ УПАКОВКИ
Поля электромагнитных помех очень низкие из-за уникальной конструкции тороидального силового трансформатора.Эти трансформаторы намотаны на кольцевом сердечнике, конфигурация которого обеспечивает максимальное сдерживание магнитных полей. В отличие от слоистых трансформаторов, тороидальные трансформаторы обычно не имеют воздушных зазоров внутри сердечника. Воздушные зазоры могут вызвать нарушение непрерывности магнитного пути, что приведет к увеличению излучаемых полей. Кроме того, равномерное распределение первичной обмотки по вторичной обмотке, равномерно по всему сердечнику, гарантирует, что магнитные поля, генерируемые в обмотках, могут быть подавлены.Можно ожидать сокращения до восьми раз по сравнению с многослойным трансформатором. Дальнейшее сокращение возможно с помощью металлического пояса вокруг трансформатора или полного удержания трансформатора в стальном кожухе. См. Рисунок 9, TPT с металлической повязкой на живот.

Звуковой шум, создаваемый тороидальным трансформатором, по своей сути низкий. Одиночная стальная полоса, скрученная в кольцо и сваренная с обоих концов, очень прочная и устойчивая. Медные обмотки и система изоляции полностью покрывают сердечник, дополнительно стабилизируя трансформатор и подавляя акустический шум, вызванный явлениями магнитострикции.

Шум трансформатора также можно минимизировать за счет повышения требований к пульсации постоянного тока в приложениях с линейными источниками питания. Низкие пульсации постоянного тока требуют, чтобы трансформатор выдавал очень большие импульсы тока за короткие периоды времени. Импульсы высокой энергии дополнительно усиливают действие магнитострикции.

РУКОВОДСТВО ПО ПРИМЕНЕНИЮ ТОРОИДНОЙ ЭНЕРГИИ

ЧАСТОТА ЛИНИИ
Большинство тороидальных силовых трансформаторов предназначены для работы в приложениях с частотой 50/60 Гц, 60 Гц или 400 Гц.По мере увеличения частоты толщина стальной полосы уменьшается для повышения эффективности. Размер сердечника и / или обмотки также уменьшается, что делает трансформатор меньшего размера. Это уменьшение физического размера трансформатора в зависимости от частоты следует учитывать при упаковке трансформатора в приложение. Трансформатор 60 Гц будет на 20% меньше трансформатора 50/60 Гц.

ПЕРВИЧНОЕ НАПРЯЖЕНИЕ Щелкните здесь, чтобы просмотреть изображение в формате pdf

Трансформатор работает с использованием магнитной индукции.Базовый трансформатор состоит из двух катушек с проволокой, намотанной на стальной сердечник. Когда напряжение подается на одну из катушек, она намагничивает сердечник, и во второй катушке индуцируется напряжение. Отношение первичного напряжения к вторичному напряжению зависит от соотношения витков двух катушек:
V p / V s = T p / T s
где V = напряжение и T = витки
На трансформаторе могут быть предусмотрены ответвители для компенсации требований различных стран.См. Рис. 6 для типичных конфигураций первичного напряжения.
Примечание. Несколько первичных обмоток должны быть подключены параллельно или последовательно для поддержания номинальной мощности.

ВТОРИЧНОЕ НАПРЯЖЕНИЕ
Вторичное напряжение (я) трансформатора указано с номинальным первичным напряжением и вторичным током полной нагрузки.

ВТОРИЧНОЕ РЕГУЛИРОВАНИЕ НАПРЯЖЕНИЯ
Регулировка напряжения трансформатора — это отношение разомкнутой цепи (состояние холостого хода) к номинальному напряжению (состояние полной нагрузки).Это состояние можно выразить как:
Reg = (V NL — V FL ) / VFL
где V NL = напряжение переменного тока без нагрузки и V FL = напряжение переменного тока при полной нагрузке
Регулировку можно улучшить, уменьшив потери W cu или указав трансформатор с большей номинальной мощностью в ВА.

ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЙ ЦИКЛ
Потребность в ВА вторичной обмотки может быть снижена, если нагрузка является прерывистой, а время включения короче, чем тепловая постоянная времени трансформатора.Постоянные теплового времени для трансформаторов обычно составляют от нескольких минут до пятнадцати минут, в зависимости от физической массы трансформатора.
Рабочий цикл = (T ON / (T ON + T OFF ) 1/2
где T ON = трансформатор времени питает нагрузку и
T OFF = трансформатор времени не питает нагрузку

ВТОРИЧНЫЕ ТРЕБОВАНИЯ К ВА
Емкость вторичной обмотки определяется по напряжению, току и скважности:
VA = VF L x I FL x (Рабочий цикл)
где:
В FL = вторичное напряжение переменного тока при указанных требованиях по току и
I FL = вторичный переменный ток при заданных максимальных требованиях

ЩИТКИ ЭЛЕКТРОСТАТИЧЕСКИЕ
В электросети есть два различных типа переходных процессов; Общий режим и поперечный.Поперечный шум — это переходные процессы, которые присутствуют, но не связаны с землей. Типичными примерами являются импульсные источники питания, универсальные двигатели и т. Д. Этот шум обычно подавляется в его источнике с помощью сетевых фильтров. Синфазный шум — это переходные процессы, присутствующие в электросети, но относящиеся к земле. Типичными примерами являются молнии, переключение, электромагнитные импульсы и т. Д. Для уменьшения синфазного шума трансформаторы могут быть модифицированы путем включения электростатического экрана между первичной и вторичной обмотками.Емкость между первичной обмоткой и экраном направляет большую часть синфазного шума на землю.

ТЕПЛОВАЯ ЗАЩИТА
Bicron предлагает два типа тепловой защиты для трансформаторов; без сброса и с автоматическим сбросом. Эти устройства предназначены для отключения трансформатора в случае перегрева. Невозврат используется в первую очередь для защиты от внутренних повреждений трансформатора, срабатывания при заданной температуре. Автосброс обеспечивает прерывистую защиту от внутренних отказов трансформатора и внешних перегрузок.Это устройство открывается при заданной высокой температуре и закрывается при заданной более низкой температуре. Эти устройства устанавливаются внутри трансформатора и подключаются последовательно с обмоткой.

МЕРЫ ПРЕДОСТОРОЖНОСТИ ПРИ МОНТАЖЕ
Следует избегать непреднамеренного закороченного витка путем создания токопроводящей петли (витка) через центр тороидального трансформатора. Обычно это происходит при разработке специального монтажного оборудования для трансформатора. Короткое замыкание на витке приводит к высоким циркуляционным токам, чрезмерному нагреву и снижению производительности.(Рис.7)

МЕРЫ ПРЕДОСТОРОЖНОСТИ ПРИ ВДВИНЕНИИ
Поскольку сердечник не имеет воздушных зазоров, тороидальные трансформаторы имеют преимущество перед традиционными трансформаторами E-I, заключающееся в низком потреблении энергии в режиме ожидания (ток намагничивания). Однако это приводит к более высокому остаточному потоку (остаточной магнитной индукции) при отключении питания. При повторной подаче питания сердечник может перейти в режим насыщения, вызывая бросок тока, который может быть в 15 раз выше, чем ток в установившемся режиме. Состояние редко длится более двух циклов.

Есть несколько подходов к решению проблемы броска тока:

  1. Добавление резистора последовательно с первичной обмоткой трансформатора, который удаляется из схемы после подачи питания.
  2. Использование предохранителей с задержкой срабатывания для устройств защиты.
  3. Уменьшите остаточный магнитный поток (остаточную магнитную индукцию), который увеличит ток намагничивания в сердечнике. Методы, используемые для уменьшения остаточного флюса, включают введение зазора или использование альтернативных материалов и / или методы отжига.

Bicron успешно разрабатывает трансформаторы с низким пусковым током. Мы можем помочь вам определить лучший подход для вашего приложения.

Related Posts

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *