Мощность трансформатора формула: Расчет мощности трансформатора и длины провода

Содержание

Расчет мощности трансформатора и длины провода

Простейший расчет силовых трансформаторов и автотрансформаторов

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

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

Далее, принимая КПД трансформатора небольшой мощности, равным около 80 %, определяем первичную мощность:

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

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

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

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

Теперь можно рассчитать число витков обмоток

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

Ток первичной обмотки

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

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

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

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

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

Определяем общую мощность вторичных обмоток:

Мощность первичной цепи

Находим площадь сечения сердечника из трансформаторной стали:

Число витков на один вольт

Ток первичной обмотки

Число витков и диаметр проводов обмоток равны:

• для первичной обмотки

• для повышающей обмотки

• для обмотки накала ламп

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

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

• для первичной обмотки

• для повышающей обмотки

• для обмотки накала ламп

Общая площадь сечения обмоток составляет примерно 430 мм2.

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

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

Эта мощность определяется по формулам:

— для повышающего автотрансформатора

— для понижающего автотрансформатора, причем

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

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

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

Простейший расчет силового трансформатора

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Число витков первичной обмотки трансформатора определяется по формуле:

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

Число витков вторичной обмотки определяется формулой:

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

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

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

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

Силовые трансформаторы, простой расчет

В статье на конкретном примере приводится простой метод расчета силового трансформатора для блока питания или зарядного устройства.

Перед тем, как использовать силовой трансформатор необходимо определиться с его мощностью.

Например, нужно рассчитать силовой трансформатор для зарядного устройства, которым будем заряжать автомобильные аккумуляторы емкостью до 60 А/час.

Как известно, ток заряда равен 0,1 от емкости аккумулятора, в нашем случае это 6 Ампер.

Напряжение для заряда аккумулятора должно быть не менее 15 В, плюс падение напряжения на диодах и токоограничивающем резисторе, примем его около 5 В.

Итого, напряжение вторичной обмотки должно быть около 20 В, при токе до 6 А. Мощность при этом, будет равна Р = 6 А х 20 В = 120 Вт.

К.п.д. силового трансформатора при мощности до 60 Вт составляет 0,75. При мощности до 150 Вт 0,8 и при больших мощностях 0,85.

В нашем случае принимаем к.п.д. равным 0,8.

При мощности вторичной обмотки 120 Вт, с учетом к.п.д. мощность первичной обмотки равна:

120 Вт : 0,8 = 150 Вт.

По этой мощности определяем площадь поперечного сечения сердечника, на котором будут расположены обмотки.

S (см 2 ) = (1,0 ÷1,2) √Р

Коэффициент перед корнем квадратным из мощности зависит от качества электротехнической стали сердечника.

Принимаем его равным среднему значению 1,1 и получаем площадь сердечника равной 13,5 см 2 .

Теперь нужно определить дополнительную величину – количество витков на вольт. Обозначим ее N.

Коэффициент от 50 до 70 зависит от качества стали. Возьмем среднее значение 60. Получаем количество витков на вольт равным:

Округлим это значение до 4,5 витка на вольт.

Первичная обмотка будет работать от 220 В. Ее количество витков равно 220 х 4,5 = 990 витков.

Вторичная обмотка должна выдавать 20 В. Ее количество витков равно 20 х 4,5 = 90 витков.

Осталось определить диаметр провода обмоток.

Для этого нужно знать ток каждой обмотки. Для вторичной обмотки ток нам известен, его величина 6 А.

Ток первичной обмотки определим, как мощность, деленную на напряжение. (Сдвиг фаз для упрощения расчета учитывать не будем).

I₁ = 150 Вт / 220 В = 0,7 А

Диаметр провода определяем по формуле:

Коэффициент перед корнем квадратным влияет на плотность тока в проводе. Чем больше его значение, тем меньше будет греться провод при работе. Примем среднее значение.

Для меди плотность тока до 3,2 А/мм кв, для алюминиевых проводов до 2А/мм кв.

Диаметр провода первичной обмотки:

D₁ = 0,75 √0,7 = 0,63 мм

Диаметр провода вторичной обмотки:

D₂ = 0,75 √6 = 1,84 мм

Для намотки выбираем ближайший больший диаметр. Если нет толстого провода для вторичной обмотки, можно намотать ее в два провода. При этом суммарная площадь сечения проводов должна быть не меньше площади сечения для рассчитанного диаметра провода. Как известно, площадь сечения равна πr² , где π это 3,14, а r — радиус провода.

Вот и весь расчет.

Если вторичных обмоток несколько, сумма их мощностей не должна превышать величину, равную мощности первичной обмотки, умноженной на к.п.д. Количество витков на вольт одинаково для всех обмоток конкретного трансформатора. Если известно количество витков на вольт, можно намотать обмотку на любое напряжение, главное, чтобы она влезла в окно магнитопровода. Диаметр провода каждой обмотки определяется исходя из величины тока этой обмотки.

Овладев этой простой методикой, вы сможете не только изготовить нужный вам силовой трансформатор, но и подобрать уже готовый.

Материал статьи продублирован на видео:

KOMITART — развлекательно-познавательный портал

Разделы сайта

DirectAdvert NEWS

Друзья сайта

Осциллографы

Мультиметры

Купить паяльник

Статистика

Простой расчет понижающего трансформатора.

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

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

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

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

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

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

Трансформаторы с витыми кольцевыми магнитопроводами.

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

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

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

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

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

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

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

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

Максимальные ориентировочные значения индукции.

КАК РАССЧИТАТЬ ПОНИЖАЮЩИЙ ТРАНСФОРМАТОР.

В домашнем хозяйстве бывает необходимо оборудовать освещение в сырых помещениях: подвале или погребе и т. д. Эти помещения имеют повышенную степень опасности поражения электрическим током.

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

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

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

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

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

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

Определим мощность потребляемую трансформатором от сети с учетом потерь:

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

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

Площадь поперечного сечения магнитопровода рассчитывается по формуле:

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

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

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

Рассчитаем число витков в первичной и вторичной обмотках.

Число витков в первичной обмотке на 220 вольт:

Число витков во вторичной обмотке на 36 вольт:

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

Величина тока в первичной обмотке трансформатора:

Ток во вторичной обмотке трансформатора:

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

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

Для первичной обмотки диаметр провода будет:

Диаметр провода для вторичной обмотки:

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

Площадь поперечного сечения провода определяется по формуле:

где: d — диаметр провода.

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

Площадь поперечного сечения провода диаметром 1,1 мм равна:

Округлим до 1,0 мм² .

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

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

Или два провода:

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

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

Мощность трансформатора, какая должна быть, как её подобрать, рассчитать.

Тема: какой мощности должен быть трансформатор на блоке питания, как ее узнать.

Трансформатор является преобразователем электрической энергии. С его помощью можно легко трансформировать одну величину тока и/или напряжения в другую. Конструкция его достаточно проста. Он состоит из следующих основных функциональных частей: магнитопровод определенной формы, катушки, каркас, на который и наматываются рабочие катушки. Магнитопровод делают в виде тора (круглой формы), Ш-образной и П-образной формы. Каждая форма имеет свои особенности в работе.

Магнитопровод трансформатора, рассчитанный на работу с низкой частотой (промышленная частота в 50 Гц) делают из листового железа. Это позволяет снизить потери при работе устройства. Трансформатор, что работает на более высоких частотах уже имеет магнитопровод из феррита различных марок. Мощность трансформатора напрямую связана с размерами магнитопровода, материалом (из которого он сделан), частотой, на которой устройству приходится работать.

Самый простой вариант трансформатора содержит в себе две обмотки, называемые первичной и вторичной. Первичная обмотка является входной, вторичная — выходной. Первичная может состоять из нескольких обмоток (или одной, но с отводом), рассчитанных на различное входное напряжение (обычно можно встретить на 220 вольт и на 110). У вторичной может быть гораздо больше обмоток, в зависимости от количества различных напряжений, что нужно получить под разные нужды от одного трансформатора.

Теперь, что касается самой электрической мощности трансформатора. На практике обычно бывает так — есть электротехническое устройство потребитель (нагрузка), которое нужно запитать. Известно напряжение его питания и сила тока, что оно потребляет при своей работе. Под это устройство нужно подобрать соответствующий блок питания.

Напомню, что электрическую мощность можно найти по следующей простой формуле: P=U*I (мощность в ваттах равна напряжение в вольтах умноженное на силу тока в амперах). Следовательно, зная напряжение и ток нагрузки мы легко вычисляем мощность устройства. Блок питания должен иметь чуть большую мощность, чем нагрузка, которую он будет питать (запас по мощности должен быть не менее 25%).

Поскольку трансформатор является основным функциональным элементом, определяющий общую мощность блока питания (трансформаторного), то именно его мощность должна быть правильно рассчитана и подобрана под нагрузку. Итак, к примеру, есть небольшой, двухканальный усилитель звуковой частоты, мощность которого 20 ватт на канал. Питание у него 12 вольт. Под него нужно собрать (найти) подходящий трансформаторный блок питания. Общая мощность этого усилителя будет равна 40 ватт (два канала по 20 ватт). Следовательно, с учетом запаса, нам нужно найти понижающий силовой трансформатора, у которого мощность будет не меньше 50 ватт.

Поскольку нагрузка нуждается в 12 вольтах, то и вторичная обмотка трансформатора должна быть рассчитана на это напряжение.

Минимальные размеры (при той же мощности) будет у трансформатора круглой формы (тора), но его сложнее мотать (если это делать самому). Ш-образные и П-образные легче наматывать, они проще в своей разборке и сборке, хотя и имеют чуть большие размеры и вес. Мощность трансформатора (если говорить о трансформаторах, рассчитанных на стандартную частоту сети 50 герц, имеющие железные магнитопровод) имеет прямую зависимость от площади поперечного сечения основной части сердечника, где намотан провод обмоток. Формулу зависимости площади сечения магнитопровода трансформатора от его мощности можно выразить так: мощность трансформатора (ватты) равна квадрату площади поперечного сечения основной части магнитопровода (квадратные сантиметры).

То есть, если мы имеем понижающий силовой трансформатор (с металлическим сердечником), но мощность его нам неизвестна, то нужно взять и измерить его толщину и ширину основной его части (где намотан провод).

Далее узнаем сечение этой части, перемножаем эту ширину и толщину (в сантиметрах). Полученный результат возводится в квадрат. Вот и получаем мощность, которой обладает этот трансформатор, с этим магнитопроводом. Либо при покупке сразу смотрим или узнаем номинальную мощность приобретаемого трансформатора.

Поскольку электрическая мощность равна произведению силы тока на напряжение, то при одной и той же мощности нам нужно будет учитывать, что если мы увеличиваем напряжение, то придется жертвовать уменьшением силы тока (уменьшая диаметр, сечение провода вторичной обмотки), и наоборот, увеличивая ток на выходе трансформатора, мы будем вынуждены снижать напряжение (уменьшая количество витков в обмотке). Если важен и ток и напряжение на выходе трансформатора, а вся вторичная обмотка не помещается в магнитопровод, то, естественно, нужно увеличивать размеры этого магнитопровода, повышая общую мощность трансформатора.

P.S. В каком-то смысле импульсные трансформаторы, рассчитанные на работу с более высокими частотами, нежели стандартные 50 герц, можно назвать резиновыми по своей мощности. То есть, при пропускании через них тока одной частоты они будут выдавать одну мощность, если же частоту этого тока увеличить, то и мощность этого трансформатора также будет увеличена, при тех же самых его размерах магнитопровода. Но для таких высокочастотных трансформаторов уже используются специальные электронные схемы преобразователей, и содержат в себе сердечники из феррита различных марок (вместо железа).

Формула габаритной мощности трансформатора. Дроссели и магнитные усилители (стр. 1 из 2)

«Белорусский государственный университет

информатики и радиоэлектроники»

Кафедра защиты информации

Реферат

на тему:

«Формула габаритной мощности трансформатора. Дроссели и магнитные усилители«

Минск, 2009

1. Формула габаритной мощности трансформатора

Она связывает технические и эксплуатационные характеристики трансформатора (электрические) с параметрами, определяющими габариты его конструкции (площадь поперечного сечения стали сердечника (

), и площадью окна магнитопровода ( ).

Рисунок 1 — Трансформатор

— полная мощность трансформатора

(1) (2) — коэффициент заполнения сердечника сталью.

Если j[А/мм

] — плотность тока, тогда ток в первой обмотке и во второй: (3) (4) — коэффициент заполнения окна проводами (медью). =0,2..0,4 (плохо заполняет).

Формула габаритной мощности:

(5)

При проектировании трансформатора габариты сердечника являются искомыми. Поэтому формулу разрешают относительно искомых параметров, которые даны в виде произведения.

(6)

При учете потерь, обуславливающий реальный КПД=η, формула габаритной мощности приобретает следующий вид:

[ ] (7)

j=[А/

]; f=[Гц]; =[B*A]; =[Тесла]

Приведенная формула является центральной при проведении расчетов и конструировании трансформаторов. Расчет трансформаторов ведется методом последовательного приближения (инженерного).

Вначале задаются с использованием требований ТЗ (техническое задание) и справочных данных величинами, фигурирующими в правой части формулы и вычисляют ориентировочное значение произведения

По величине

, с учетом выбранного критерия оптимальности (min , minM(массы), minV(габаритов)). Выбираются из стандартных типовых размеров параметры магнитопровода.

Производится электрический расчет обмоток и тепловой расчет для трансформаторов в рабочем режиме. В случае необходимости производится перевыбор сердечника, и все расчеты осуществляются вновь для всех интересующих величин.

а) б)

в)

Рисунок 2 – Ориентировочные зависимости от мощности трансформатора: а) – плотности тока в обмотке; б) – максимального значения магнитной индукции; в) – КПД.

Нагрузочная характеристика и КПД трансформатора

Рисунок 3 – Эквивалентная схема вторичной обмотки

Рисунок 4 – Нагрузочная кривая трансформатора

Какую бы нагрузку мы не включали или как бы не изменяли, ток нам бы хотелось, чтобы напряжение

не изменялось и равнялось . Но этого не будет.

Анализ показывает, что с ростом потребляемого тока нагрузкой, напряжение на выходе трансформатора не остается неизменным из-за увеличивающегося падения напряжения на его внутреннем сопротивлении и при индуктивном характере нагрузки убывает, а при емкостном – возрастает.

При номинальном значении тока имеются отличия от ЭДС во вторичной обмотке. Нагрузочная характеристика (зависимость напряжения на выходе от потребляемого тока) является важной для любого источника.

При построении нагрузочной характеристики удобно пользоваться не абсолютными значениями тока и напряжения, а нормированными:

(8)

КПД трансформатора в рабочем режиме складывается из полезной мощности Р и

(9)

с – сталь

м – медь

КПД является функцией коэффициента нагрузки

( ) (10)

т.е. в разных режимах КПД разное. Причем функция

имеет экстремум:

Рисунок 5 – Зависимость КПД от коэффициента нагрузки

2. Дроссели. Магнитные усилители (МУ)

Дроссель представляет собой в основном обтекаемую переменным током катушку с ферромагнитным сердечником. Последний резко увеличивает магнитное поле. При одинаковых параметрах дроссель с ферромагнитным сердечником несравненно компактнее, чем катушка без сердечника. Подчеркнем, что при прочих равных условиях индуктивное сопротивление дросселя тем больше, чем лучше магнитные свойства ферромагнетика, т. е. чем больше его магнитная проницаемость.

Все характеристики дросселя обусловливаются свойствами его ферромагнитного сердечника. Вольтамперные характеристики при этом могут быть близкими к линейным, а могут быть и существенно нелинейными.

Рисунок 6 — Типичные конструкции однофазных дросселей открытого исполнения: а) — броневой с ленточным магнитопроводом; б) — стержневой с ленточными сердечниками и двумя катушками в) — тороидальный; г) — броневой с сердечником из штампованных пластин; д) — броневой с креплениями из пластмассы.

Особенности конструкции и работы дросселей в цепях электропитания

Во многих случаях дроссели используются как простые, сглаживающие L – фильтры на выходах выпрямительных устройств. Через дроссель протекает ток сердечника и может привести к насыщению.

Динамическая магнитная проницаемость магнитного материала сердечника уменьшается, индуктивность дросселя резко уменьшается, что приводит к уменьшению сопротивления переменному току.

Рисунок 6 – Зависимость величины магнитной индукции от тока

Рисунок 7 – Схема включения дросселя

Таким образом, желательно, чтобы подмагничивание не являлось излишне выраженным.

Для уменьшения подмагничивания в магнитном сердечнике дросселя вводится немагнитный зазор.

Рисунок 8 — Зависимость величины магнитной индукции от тока

Если ток подмагничивания равен 0, то индуктивность велика.

Рисунок 9

Введение немагнитного зазора позволяет уменьшить зависимость индуктивности дросселя от постоянного тока нагрузки и обеспечить одинаковую эффективность фильтрации при вариации нагрузки.

Если явление намагничивания сердечника в дросселях сглаживающих фильтров носит негативный характер, то в дросселе насыщения или МУ это явление используется и лежит в основе принципа действия таких устройств.

Проектирование дросселей ведется подобно проектированию трансформаторов, и используются формулы трансформаторной ЭДС.

Эквивалентная схема дросселя аналогична схеме трансформатора на ХХ.

Магнитные усилители (МУ)

Как узнать мощность и ток трансформатора по его внешнему виду

Слово “трансформатор” образуется от английского слова “transform” – преобразовывать, изменяться. Но дело в том, что сам трансформатор не может как-либо измениться либо поменять форму и так далее.

Он обладает еще более удивительный свойством – преобразует переменное напряжение одного значения в переменное напряжение другого значения.

Ну разве это не чудо? В этой статье мы будем рассматривать именно

трансформаторы напряжения.

Трансформатор напряжения

Трансформатор напряжения можно отнести больше к электротехнике, чем к электронике. Самый обыкновенный однофазный трансформатор напряжения выглядит вот так.

Если откинуть верхнюю защиту трансформатора, то мы можем четко увидеть, то он состоит из какого-то железного каркаса, который собран из металлических пластин, а также из двух катушек, которые намотаны на этот железный каркас. Здесь мы видим, что из одной катушки выходит два черных провода
а с другой катушки два красных провода

Эти обе катушки одеваются на сердечник трансформатора. То есть в результате мы получаем что-то типа этого
Ничего сложного, правда ведь?

Но дальше самое интересное. Если подать на одну из этих катушек переменное напряжение, то в другой катушке тоже появляется переменное напряжение. Но как же так возможно? Ведь эти обмотки абсолютно не касаются друг друга и они изолированы друг от друга. Во чудеса! Все дело, в так называемой электромагнитной индукции.

Если объяснить простым языком, то когда на первичную обмотку подают переменное напряжение, то в сердечнике возникнет переменное магнитное поле с такой же частой. Вторая катушка улавливает это переменное магнитное поле и уже выдает переменное напряжение на своих концах.

Обмотки трансформатора

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

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

У самого простого однофазного трансформатора можно увидеть две такие обмотки.

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

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

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

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

Как работает трансформатор

Чтобы разобраться с принципом работы, давайте рассмотрим рисунок.

Здесь мы видим простую модель трансформатора. Подавая на вход переменное напряжение U1 в первичной обмотке возникает ток I1 .

Так как первичная обмотка намотана на замкнутый магнитопровод, то в нем начинает возникать магнитный поток, который возбуждает во вторичной обмотке напряжение U2 и ток I2 .

Как вы можете заметить, между первичной и вторичной обмотками трансформатора нет электрического контакта. В электронике это называется гальванически развязаны.

Формула трансформатора

Главная формула трансформатора выглядит так.
где
U2 – напряжение на вторичной обмотке
U1 – напряжение на первичной обмотке
N1 – количество витков первичной обмотки
N2 – количество витков вторичной обмотки
k – коэффициент трансформации
В трансформаторе соблюдается также закон сохранения энергии, то есть какая мощность заходит в трансформатор, такая мощность выходит из трансформатора:

Эта формула справедлива для идеального трансформатора. Реальный же трансформатор будет выдавать на выходе чуть меньше мощности, чем на его входе. КПД трансформаторов очень высок и порой составляет даже 98%.

Типы трансформаторов по конструкции

Однофазные трансформаторы

Это трансформаторы, которые преобразуют однофазное переменное напряжение одного значения в однофазное переменное напряжение другого значения.

В основном однофазные трансформаторы имеют две обмотки, первичную и вторичную. На первичную обмотку подают одно значение напряжения, а со вторичной снимают нужное нам напряжение. Чаще всего в повседневной жизни можно увидеть так называемые сетевые трансформаторы, у которых первичная обмотка рассчитана на сетевое напряжение, то есть 220 В.

На схемах однофазный трансформатор обозначается так:
Первичная обмотка слева, а вторичная – справа.

Иногда требуется множество различных напряжений для питания различных приборов.

Зачем ставить на каждый прибор свой трансформатор, если можно с одного трансформатора получить сразу несколько напряжений? Поэтому, иногда вторичных обмоток бывает несколько пар, а иногда даже некоторые обмотки выводят прямо из имеющихся вторичных обмоток. Такой трансформатор называется трансформатором со множеством вторичных обмоток. На схемах можно увидеть что-то подобное:

Трехфазные трансформаторы

Эти трансформаторы в основном используются в промышленности и чаще всего превосходят по габаритам простые однофазные трансформаторы. Почти все трехфазные трансформаторы считаются силовыми. То есть они используются в цепях, где нужно питать мощные нагрузки. Это могут быть станки ЧПУ и другое промышленное оборудование.

На схемах трехфазные трансформаторы обозначаются вот так:
Первичные обмотки обозначаются заглавными буквами, а вторичные обмотки – маленькими буквами.
Здесь мы видим три типа соединения обмоток (слева-направо)

звезда-звезда
звезда-треугольник
треугольник-звезда

В 90% случаев используется именно звезда-звезда.

Типы трансформаторов по напряжению

Понижающий трансформатор

Это трансформатор, которые понижает напряжение. Допустим, на первичную обмотку мы подаем 220 Вольт, а снимаем 12 Вольт. В этом случае коэффициент трансформации (k) будет больше 1.

Повышающий трансформатор

Это трансформатор, который повышает напряжение. Допустим, на первичную обмотку мы подаем 10 Вольт, а со вторичной снимаем уже 110 В. То есть мы повысили наше напряжение 11 раз. У повышающих трансформаторов коэффициент трансформации меньше 1.

Разделительный или развязывающий трансформатор

Такой трансформатор используется в целях электробезопасности. В основном это трансформатор с одинаковым числом обмоток на входе и выходе, то есть его напряжение на первичной обмотке будет равняться напряжению на вторичной обмотке.

Нулевой вывод вторичной обмотки такого трансформатора не заземлен. Поэтому, при касании фазы на таком трансформаторе вас не ударит электрическим током. Про его использование можете прочесть в статье про ЛАТР.

У развязывающих трансформаторов коэффициент трансформации равен 1.

Согласующий трансформатор

Такой трансформатор используется для согласования входного и выходного сопротивления между каскадами схем.

Работа понижающего трансформатора на практике

Понижающий трансформатор – это такой трансформатор, который выдает на выходе напряжение меньше, чем на входе. Коэффициент трансформации (k) у таких трансформаторов больше 1 . Понижающие трансформаторы – это самый распространенный класс трансформаторов в электротехнике и электронике. Давайте же рассмотрим, как он работает на примере трансформатора 220 В —> 12 В .

Итак, имеем простой однофазный понижающий трансформатор.
Именно на нем мы будем проводить различные опыты.

Подключаем красную первичную обмотку к сети 220 Вольт и замеряем напряжение на вторичной обмотке трансформатора без нагрузки. 13, 21 Вольт, хотя на трансформаторе написано, что он должен выдавать 12 Вольт.

Теперь подключаем нагрузку на вторичную обмотку и видим, что напряжение просело.

Интересно, какую силу тока кушает наша лампа накаливания? Вставляем мультиметр в разрыв цепи и замеряем.

Если судить по шильдику, то на нем написано, что он может выдать в нагрузку 400 мА и напряжение будет 12 Вольт, но как вы видите, при нагрузку близкой к 400 мА у нас напряжение просело почти до 11 Вольт. Вот тебе и китайский трансформатор. Нагружать более, чем 400 мА его не следует. В этом случае напряжение просядет еще больше, и трансформатор будет греться, как утюг.

Как проверить трансформатор

Как проверить на короткое замыкание обмоток

Хотя обмотки прилегают очень плотно к друг другу, их разделяет лаковый диэлектрик, которым покрываются и первичная и вторичная обмотка.

Если где-то возникло короткое замыкание между проводами, то трансформатор будет сильно греться или издавать сильный гул при работе. Также он будет пахнуть горелым лаком.

В этом случае стоит замерить напряжение на вторичной обмотке и сравнить, чтобы оно совпадало с паспортным значением.

Проверка на обрыв обмоток

При обрыве все намного проще. Для этого с помощью мультиметра мы проверяем целостность первичной и вторичной обмотки. Итак, сопротивление первичной обмотки нашего трансформатора чуть более 1 КОм. Значит обмотка целая.

Таким же образом проверяем и вторичную обмотку.
Отсюда делаем вывод, что наш трансформатор жив и здоров.

Как прозвонить трансформатор или как определить обмотки трансформатора

Здравствуйте, уважаемые читатели сайта sesaga.ru.

На первых порах занятий радиоэлектроникой у начинающих радиолюбителей, да и не только у радиолюбителей, возникает очень много вопросов, связанных с прозвонкой или определением обмоток трансформатора. Это хорошо, если у трансформатора всего две обмотки.

А если их несколько, да и еще у каждой обмотки несколько выводов. Тут просто караул кричи. В этой статье я расскажу Вам, как можно определить обмотки трансформатора визуальным осмотром и с помощью мультиметра.

Как Вы знаете, трансформаторы предназначены для преобразования переменного напряжения одной величины в переменное напряжение другой величины.

Самый обычный трансформатор имеет одну первичную и одну вторичную обмотки. Питающее напряжение подается на первичную обмотку, а ко вторичной обмотке подключается нагрузка.

На практике же большинство трансформаторов может иметь несколько обмоток, что и вызывает затруднение в их определении.

1. Определение обмоток визуальным осмотром

При визуальном осмотре трансформатора обращают внимание на его внешний защитный слой изоляции, потому как у некоторых моделей на внешнем слое изображают электрическую схему с обозначением всех обмоток и выводов; у некоторых моделей выводы обмоток только маркируют цифрами. Также можно встретить старые отечественные трансформаторы, на внешнем слое которых указывают маркировку в виде цифрового кода, по которому в справочниках для радиолюбителей есть вся информация о конкретном трансформаторе.

Если трансформатор попался без опознавательных знаков, то обращают внимание на диаметр обмоточного провода, которым намотаны обмотки.

Диаметр провода можно определить по выступающим выводам концов обмоток, выпущенных для закрепления на контактных лепестках, расположенных на элементах каркаса трансформатора.

Как правило, первичную обмотку мотают проводом меньшего сечения, по отношению к вторичной. Диаметр провода вторичной обмотки всегда больше.

Исключением могут быть повышающие трансформаторы, работающие в схемах преобразователей напряжения и тока. Их первичная обмотка выполнена толстым проводом, так как генерирует высокое напряжение во вторичной обмотке. Но такие трансформаторы встречаются очень редко.

При изготовлении трансформаторов первичную обмотку, как правило, мотают первой. Ее легко определить по выступающим концам выводов обмотки, расположенных ближе к магнитопроводу. Вторичную обмотку наматывают поверх первичной, и поэтому концы ее выводов расположены ближе к внешнему слою изоляции.

В некоторых моделях сетевых трансформаторов, используемых в блоках питания бытовой радиоаппаратуры, обмотки располагают на пластмассовом каркасе, разделенном на две части: в одной части находится первичная обмотка, а в другой вторичная. К выводам первичной обмотки припаивают гибкий монтажный провод, а выводы вторичной обмотки оставляют в виде обмоточного провода.

2. Определение обмоток по сопротивлению

Когда предварительный анализ обмоток произведен, необходимо убедиться в правильности сделанных выводов, а заодно прозвонить обмотки на отсутствие обрыва. Для этого воспользуемся мультиметром. Если Вы не знаете как измерить сопротивление мультиметром, то прочитайте эту статью.

Вначале прозвоним обычный сетевой трансформатор, у которого всего две обмотки.
Мультиметр переводим в режим «Прозвонка» и производим измерение сопротивления предполагаемых первичной и вторичной обмоток. Здесь все просто: у какой из обмоток величина сопротивления больше, та обмотка и является первичной.

Это объясняется тем, что в маломощных трансформаторах и трансформаторах средней мощности первичная обмотка может содержать 1000…5000 витков, намотанных тонким медным проводом, и при этом может достичь сопротивления до 1,5 кОм. Тогда как вторичная обмотка содержит небольшое количество витков, намотанных толстым проводом, и ее сопротивление может составлять всего несколько десятков ом.

Теперь прозвоним трансформатор, у которого несколько обмоток. Для этого воспользуемся листком бумаги, ручкой и мультиметром. На бумаге будем зарисовывать и записывать величины сопротивлений обмоток.

Делается это так: одним щупом мультиметра садимся на любой крайний вывод, а вторым щупом по очереди касаемся остальных выводов трансформатора и записываем полученное значение сопротивлений.

Выводы, между которыми мультиметр покажет сопротивление, и будут являться выводами одной обмотки. Если обмотка без средних отводов, то сопротивление будет только между двумя выводами.

Если же обмотка имеет один или несколько отводов, то мультиметр покажет сопротивление между всеми этими отводами.

Например. Первичная обмотка может иметь несколько отводов, когда трансформатор рассчитан на работу в сети с напряжениями 110В, 127В и 220В. Вторичная обмотка также может иметь один или несколько отводов, когда хотят от одного трансформатора получить несколько напряжений.

Идем дальше. Когда первая обмотка и ее выводы будут найдены, то переходим к поиску следующей обмотки. Щупом опять садимся на следующий свободный вывод, а другим поочередно касаемся оставшихся выводов и записываем результат. И таким образом производим измерение, пока не будут найдены все обмотки.

Например. Между выводами с номерами 1 и 2 величина сопротивления составила 21 Ом, тогда как между остальными выводами мультиметр показал бесконечность. Из этого следует, что мы нашли обмотку, у которой выводы обозначены номерами 1 и 2. Нарисуем ее так:

Теперь щупом садимся на вывод 3, а другим щупом поочередно касаемся выводов с номерами от 4 до 10. Мультиметр показал сопротивление только между выводами 3, 4 и 5.

Причем между выводами 3 и 4 величина сопротивления составила 6 Ом, а между парой выводов 3, 5 и 4, 5 получилось по 3 Ома. Отсюда делаем вывод, что эта обмотка с отводом посередине, т.е.

пары 3, 5 и 4, 5 намотаны равным количеством витков, и что с этой обмотки снимается два одинаковых напряжения относительно общего вывода 5. Рисуем так:

Производим измерение далее.
Между выводами 6 и 7 величина сопротивления составила 16 Ом. Рисуем так:

Ну и между выводами 9 и 10 сопротивление составило 270 Ом.
А так как среди всех обмоток эта оказалась с самой большой величиной сопротивления, то она и является первичной. Рисуем так:

Вывод 8, к которому припаяна желто-зеленая жилка, ни как не звонился, поэтому смело утверждаем, что это экранирующая обмотка (экран), которую наматывают поверх первичной, чтобы устранить влияние ее магнитного поля на другие обмотки. Как правило, экранирующую обмотку соединяют с корпусом радиоаппаратуры.

В итоге у нас получилось четыре обмотки, из которых одна сетевая и три понижающих. Экранирующая обмотка обозначается пунктирной линией и располагается параллельно с сердечником. И вот на основе полученных результатов нарисуем электрическую схему трансформатора.

Теперь остается подать напряжение на первичную обмотку и измерить выходящие напряжения. Однако тут есть один момент, который необходимо знать, если Вы сомневаетесь в правильности определения первичной (сетевой) обмотки.

Здесь все просто: чтобы не сжечь обмотку трансформатора и ограничить через нее нежелательный ток нужно последовательно с этой обмоткой включить лампу накаливания на напряжение 220В и мощностью 40 – 100 Вт.

Если обмотка определена правильно, то нить накала лампы должна не гореть или еле тлеть.

Если же лампа будет гореть достаточно ярко, то есть вероятность того, что сетевая обмотка трансформатора рассчитана на питающее напряжение 110 — 127В или Вы ее прозвонили неправильно.

Второй момент, по которому можно судить о правильности подключения трансформатора к сети — это сама работа трансформатора. При правильном включении работа трансформатора практически беззвучна и сопровождается слегка ощутимой вибрацией.

Если же он будет громко гудеть и сильно вибрировать, и при этом будет нагреваться обмотка и из нее может пойти дым, то трансформатор однозначно включен неправильно.

В этом случае тут же отключайте трансформатор от сети, чтобы не повредить обмотку.

Однако и тут есть пару нюансов, которые необходимо учитывать, потому как у некоторых трансформаторов каркас с обмотками может неплотно прилегать к сердечнику и от этого работа трансформатора может сопровождаться некоторым гудением и вибрацией, но при этом обмотка греться не будет. В этом случае в зазор между сердечником и каркасом можно вставить кусочек дерева, пластмассы или кусок провода в изоляции и, тем самым, плотно зафиксировать каркас.

Также характерный гул и вибрацию может вызвать плохая стяжка пластин, из которых собран сердечник магнитопровода. Как правило, стягивание сердечника производится металлической скобой, специальными планками, болтами или стяжками, которые обеспечивают необходимую механическую прочность и жесткое соединение деталей сердечника.

Ну вот в принципе и все, что хотел сказать о прозвонке и определению обмоток трансформатора. Если у Вас возникли вопросы по этой теме, то задавайте их в х к статье. Также, в дополнение к статье, можете посмотреть видеоролик.

Удачи!

Как определить мощность трансформатора по сечению сердечника

g84jsm9tB4S

Если на трансформаторе имеется маркировка, то вопрос определения его параметров исчерпывается сам собой, достаточно лишь вбить эти данные в поисковик и мгновенно получить ссылку на документацию для нашего трансформатора. Однако, маркировки может и не быть, тогда нам потребуется самостоятельно эти параметры вычислить.

Для определения номинальных тока и мощности неизвестного трансформатора по его внешнему виду, необходимо в первую очередь понимать, какие физические параметры устройства являются в данном контексте определяющими. А такими параметрами прежде всего выступают: эффективная площадь сечения магнитопровода (сердечника) и площадь сечения проводов первичной и вторичной обмоток.

Речь будем вести об однофазных трансформаторах, магнитопроводы которых изготовлены из трансформаторной стали, и спроектированы специально для работы от сети 220 вольт 50 Гц. Итак, допустим что с материалом сердечника трансформатора нам все ясно. Движемся дальше.

Сердечники бывают трех основных форм: броневой, стержневой, тороидальный. У броневого сердечника эффективной площадью сечения магнитопровода является площадь сечения центрального керна. У стержневого — площадь сечения стержня, ведь именно на нем и расположены обмотки. У тороидального — площадь сечения тела тороида (именно его обвивает каждый из витков).

Для определения эффективной площади сечения, измерьте размеры a и b в сантиметрах, затем перемножьте их — так вы получите значение площади Sс в квадратных сантиметрах.

Суть в том, что от эффективной площади сечения сердечника зависит величина амплитуды магнитного потока, создаваемого обмотками. Магнитный поток Ф включает в себя одним из сомножителей магнитную индукцию В, а вот магнитная индукция как раз и связана с ЭДС в витках. Именно поэтому площадь рабочего сечения сердечника так важна для нахождения мощности.

Далее необходимо найти площадь окна сердечника — того места, где располагаются провода обмоток. В зависимости от площади окна, от того насколько плотно оно заполнено проводниками обмоток, от плотности тока в обмотках — также будет зависеть мощность трансформатора.

Если бы, к примеру, окно было полностью заполнено только проводами обмоток (это невероятный гипотетический пример), то приняв произвольной среднюю плотность тока, умножив ее потом на площадь окна, мы получили бы общий ток в окне магнитопровода, и если бы затем разделили его на 2, а после — умножили на напряжение первичной обмотки — можно было бы сказать, что это и есть мощность трансформатора. Но такой пример невероятен, поэтому нам необходимо оперировать реальными значениями.

Итак, давайте найдем площадь сечения окна.

Наиболее простой способ определить теперь приблизительную мощность трансформатора по магнитопроводу — перемножить площадь эффективного сечения сердечника и площадь его окна (все в кв.см), а затем подставить их в приведенную выше формулу, после чего выразить габаритную мощность Pтр.

В этой формуле: j — плотность тока в А/кв.мм, f — частота тока в обмотках, n – КПД, Вm – амплитуда магнитной индукции в сердечнике, Кс — коэффициент заполнения сердечника сталью, Км — коэффициент заполнения окна магнитопровода медью.

Но мы поступим проще: примем сразу частоту равной 50 Гц, плотность тока j= 3А/кв.мм, КПД = 0,90, максимальную индукцию в сердечнике — ни много ни мало 1,2 Тл, Км = 0,95, Кс=0,35. Тогда формула значительно упростится и примет следующий вид:

Как подключить свечи накала через реле схема

Если же есть потребность узнать оптимальный ток обмоток трансформатора, то задавшись плотностью тока j, скажем теми же 3 А на кв.мм, можно умножить площадь сечения провода обмотки в квадратных миллиметрах на эту плотность тока. Так вы получите оптимальный ток. Или через диаметр провода d обмотки:

Узнав по сечению проводников обмоток оптимальный ток каждой из обмоток, разделите полученную по габаритам мощность трансформатора на каждый из этих токов — так вы узнаете соответствующие найденным параметрам напряжения обмоток.

Одно из этих напряжений окажется близким к 220 вольтам — это с высокой степенью вероятности и будет первичная обмотка. Далее вольтметр вам в помощь. Трансформатор может быть повышающим либо понижающим, поэтому будьте предельно внимательны и аккуратны если решите включить его в сеть.

Кроме того, перед вами может оказаться выходной трансформатор от акустического усилителя. Данные трансформаторы рассчитываются немного иначе чем сетевые, но это уже совсем другая и более глубокая история.

Габаритную мощность трансформатора можно приблизительно узнать по сечению магнитопровода. Правда, ошибка может составлять до 50%, и это связано с рядом факторов.

Габаритная мощность напрямую зависит от конструктивных особенностей магнитопровода, качества и толщины используемой стали, размера окна, величины индукции, сечения провода обмоток и даже качества изоляции между отдельными пластинами.

Так что, при определении мощности, можно ориентироваться по площади сечения набора пластин проходящего через каркас или каркасы, если их две штуки.
P – мощность в Ваттах, B – индукция в Тесла, S – сечение в см²,
1,69 – постоянный коэффициент.

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

S = 2,5 * 2,5 = 6,25 см²

P = 1,5 * 6,25² / 1,69 = 35 Ватт
Если требуется определить необходимую площадь сечения манитопровода исходя из известной мощности, то можно воспользоваться следующей формулой:
Нужно вычислить сечение броневого штампованного магнитопровода для изготовления трансформатора мощностью 50 Ватт.
S = ²√ (50 * 1,69 / 1,3) = 8см²

Максимальные ориентировочные значения индукции

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

Как выделить зону коридора

Видео: Как определить мощность трансформатора, несколько способов

Описание нескольких способов определения мощности 50 Гц трансформаторов.
Классический теоретический расчет трансформатора достаточно сложен Для его выполнения необходимо знать такие характеристики, как магнитная проницаемость используемых для сердечника пластин трансформаторной стали, длина магнитных силовых линий в сердечнике, средняя длина витка обмотки и другие параметры Профессиональному разработчику НИИ все эти параметры известны, так как он обладает сертификатами применяемых в трансформаторе материалов Радиолюбитель же вынужден использовать для трансформатора совершенно случайно попавший к нему сердечник, характеристики которого ему неизвестны
По указанной причине для расчета трансформатора предлагается эмпирический метод, многократно проверенный радиолюбителями и основанный на практическом опыте Расчет элементарно прост и требует лишь знания простейших основ арифметикиПринцип действия трансформатора

Рис 61 Трансформатор: а – общий вид б – условное обозначение
Трансформатор был изобретен П Н Яблочковым в 1876 году Устройство трансформатора показано на рис 61а, а его схематическое обозначение – на рис 616
Трансформатор состоит из стального сердечника и обмоток, намотанных изолированным обмоточным проводом
Сердечник собирается из тонких пластин специальной электротехнической стали для снижения потерь энергии
Обмотка, предназначенная для подключения к сети переменного тока, называется первичной Нагрузка подключается к вторичной обмотке, которых в трансформаторе может быть несколько Номера обмоток обычно проставляются римскими цифрами Часто обмоткам присваивают номера их выводов
Работа трансформатора основана на магнитном свойстве электрического тока При подключении концов первичной обмотки к электросети по этой обмотке протекает переменный ток, который создает вокруг ее витков и в сердечнике трансформатора переменное магнитное поле Пронизывая витки вторичной обмотки, переменное магнитное поле индуцирует в них ЭДС Соотношение количества витков первичной и вторичной обмоток определяет получаемое напряжение на выходе трансформатора Если количество витков вторичной обмотки больше, чем первичной, выходное напряжение трансформатора будет больше напряжения сети Такая обмотка называется повышающей Если же вторичная обмотка содержит меньше витков, чем первичная, выходное напряжение окажется меньше сетевого (понижающая обмотка)
Трансформатор – это пассивный преобразователь энергии Его коэффициент полезного действия (КПД) всегда меньше единицы Это означает, что мощность, потребляемая нагрузкой, которая подключена к вторичной обмотке трансформатора, меньше, чем мощность, потребляемая нагруженным трансформатором от сети Известно, что мощность равна произведению силы тока на напряжение, следовательно, в повышающих обмотках сила тока меньше, а в понижающих – больше силы тока, потребляемого трансформатором от сети
Параметры и характеристики трансформатора
Два разных трансформатора при одинаковом напряжении сети могут быть рассчитаны на получение одинаковых напряжений вторичных обмоток Но если нагрузка первого трансформатора потребляет большой ток, а второго – маленький, значит, первый трансформатор характеризуется по сравнению со вторым большей мощностью Чем больше сила тока в обмотках трансформатора, тем больше и магнитный поток в его сердечнике, поэтому сердечник должен быть толще Кроме того, чем больше сила тока в обмотке, тем более толстым проводом она должна быть намотана, а это требует увеличения окна сердечника Поэтому габариты трансформатора зависят от его мощности И наоборот, сердечник определенного размера пригоден для изготовления трансформатора только до определенной мощности, которая называется габаритной мощностью трансформатора

Как почистить турку внутри

Количество витков вторичной обмотки трансформатора определяет напряжение на ее выводах Но это напряжение зависит также и от количества витков первичной обмотки При определенном значении напряжения питания первичной обмотки напряжение вторичной зависит от отношения количества витков вторичной обмотки к количеству витков первичной Это отношение и называется коэффициентом трансформации
Если напряжение на вторичной обмотке зависит от коэффициента трансформации, можно ли выбирать количество витков одной из обмоток, например первичной, произвольно Оказывается, нельзя Дело в том, что чем меньше габариты сердечника, тем больше должно быть количество витков каждой обмотки Поэтому размеру сердечника трансформатора соответствует вполне определенное количество витков его обмоток, приходящееся на один вольт напряжения, меньше которого брать нельзя Эта характеристика называется количеством витков на один вольт
Как и всякий преобразователь энергии, трансформатор обладает коэффициентом полезного действия – отношением мощности, потребляемой нагрузкой трансформатора, к мощности, которую нагруженный трансформатор потребляет от сети
КПД маломощных трансформаторов, которые обычно применяются для питания бытовой электронной аппаратуры, колеблется в пределах от 0,8 до 0,95 Более высокие значения имеют трансформаторы большей мощности
Электрический расчет трансформатора
Прежде чем начать электрический расчет силового трансформатора, необходимо сформулировать требования, которым он должен удовлетворять Они и будут являться исходными данными для расчета Технические требования к трансформатору определяются также путем расчета, в результате которого определяются те напряжения и токи, которые должны быть обеспечены вторичными обмотками Поэтому перед расчетом трансформатора производится расчет выпрямителя для определения напряжений каждой из вторичных обмоток и потребляемых от этих обмоток токов Если же напряжения и токи каждой из обмоток трансформатора уже известны, то они и являются техническими требованиями к трансформатору
Для определения габаритной мощности трансформатора необходимо определить мощности, потребляемые от каждой вторичной обмотки, и сложить их, учитывая также КПД трансформатора Мощность, потребляемую от любой обмотки, определяют умножением напряжения между выводами этой обмотки на силу потребляемого от нее тока:

где Р – мощность, потребляемая от обмотки, Вт
U – эффективное значение напряжения, снимаемого с этой обмотки, В
I – эффективное значение силы тока, протекающего в этой же обмотке, А
Суммарная мощность, потребляемая, например, тремя вторичными обмотками, вычисляется по формуле:

Для определения габаритной мощности трансформатора полученное значение суммарной мощности Ps нужно разделить на КПД трансформатора:
где Рг – габаритная мощность трансформатора
η – КПД трансформатора
Заранее рассчитать КПД трансформатора нельзя, так как для этого нужно знать величину потерь энергии в обмотках и в сердечнике, которые зависят от параметров самих обмоток (диаметры проводов и их длина) и параметров сердечника (длина магнитной силовой линии и марка стали) И те и другие параметры становятся известны только после расчета трансформатора Поэтому с достаточной для практического расчета точностью КПД трансформатора можно определить из табл 61

§66.

Мощность, к. п. д. и коэффициент мощности трансформатора

Номинальная мощность. Номинальной мощностью трансформатора называется мощность, которую он может отдавать длительное время, не перегреваясь свыше допустимой температуры, определяемой теплостойкостью изоляции его обмоток. При этом срок службы силового трансформатора должен быть не менее 20 лет. Так как нагрев обмоток зависит от протекающего по ним тока, в паспорте трансформатора всегда указывают полную мощность S_ном в вольт-амперах или киловольт-амперах. В зависимости от коэффициента мощности cos?₂, при котором работают потребители, от трансформатора можно получить большую или меньшую активную мощность. При cos?₂= 1 мощность подключенных к нему потребителей может быть равна его номинальной мощности S_ном. При cos?2 < 1 мощность потребителей не должна превышать величины S_ном cos?₂.

В паспорте трансформаторов э. п. с. переменного тока, которые имеют несколько вторичных обмоток, указывают так называемую типовую мощность. Она равна полусумме номинальных мощностей всех обмоток трансформатора, т. е. полусумме произведений наибольшего длительно допустимого в каждой обмотке тока на допустимое напряжение.

Перегрузочная способность трансформатора определяется интенсивностью отвода тепла от его обмоток и надежностью их крепления. Силовые трансформаторы с масляным охлаждением и трансформаторы, используемые в выпрямительных установках, допускают перегрузки на 30 % выше номинальной в течение 2 ч и 60 % в течение 45 мин.

Коэффициент мощности. Коэффициент мощности cos?₂ трансформатора определяется характером нагрузки, подключенной к его вторичной обмотке. При уменьшении нагрузки начинает сильно сказываться индуктивное сопротивление обмоток трансформатора, и коэффициент мощности его снижается. При отсутствии нагрузки (при холостом ходе) трансформатор имеет очень низкий коэффициент мощности, что оказывает вредное влияние на работу источников переменного тока и электрических сетей (см. главу V). В этом случае трансформатор необходимо отключить от сети переменного тока.

Потери мощности и к. п. д. При передаче энергии из первичной обмотки трансформатора во вторичную возникают потери мощности (рис. 225,а) в проводах обмоток (электрические потери ?Р_эл1 и ?Р_эл2) и в стали магнитопровода (магнитные потери ?Р_М).
При холостом ходе трансформатор не передает электрическую энергию потребителю и потребляемая им мощность тратится в основном на компенсацию магнитных потерь мощности в магни-топроводе (в результате вихревых токов и гистерезиса). Их часто называют потерями холостого хода. Чем меньше площадь поперечного сечения магнитопровода, тем больше в нем индукция, а сле-

Рис. 225. Диаграмма энергетического баланса в трансформаторе (о) и зависимость его к.п.д. от нагрузки (б)

довательно, и магнитные потери. Они значительно возрастают также при увеличении напряжения, подводимого к первичной обмотке, свыше номинального значения. При работе мощных трансформаторов магнитные потери составляют 0,3—0,5 % номинальной мощности. Тем не менее их стремятся максимально уменьшить. Объясняется это тем, что магнитные потери не зависят от того, работает трансформатор вхолостую или под нагрузкой. А так как общее время работы трансформатора обычно довольно велико, то суммарные годовые потери холостого хода значительны.

При нагрузке к потерям холостого хода добавляются электрические потери в обмотках. Эти потери при номинальном токе численно равны мощности, потребляемой трансформатором при коротком замыкании, когда на его первичную обмотку подано напряжение U_K. Для мощных трансформаторов они обычно составляют 0,5—2 % номинальной мощности.

Уменьшение суммарных потерь достигается соответствующим выбором площади сечения проводов обмоток трансформаторов (снижение электрических потерь в проводах), применением электротехнической стали для изготовления магнитопровода (снижение потерь от перемагничивания) и расслоением магнитопровода на ряд изолированных друг от друга листов (снижение потерь от вихревых токов).

К. п. д. трансформатора

? = P2 / P1 = P2 / (P2 +?Pэл + ?Pм)

где P1 и Р2 — потребляемая и отдаваемая мощности; ?Р_ЭЛ = ?Р_ЭЛ1+?Р_ЭЛ2.

Благодаря отсутствию в трансформаторе вращающихся и трущихся деталей потери энергии в нем по сравнению с вращающимися машинами малы, а к. п. д. высок и достигает в трансформаторах большой мощности 0,98—0,99. В трансформаторах малой мощности к. п. д. составляет 0,5—0,7. При изменении нагрузки к. п. д. трансформатора изменяется, так как меняются полезная мощность Р₂ и электрические потери ?Р_ЭЛ в проводниках обмоток. Однако он сохраняет большое значение в довольно широком диапазоне изменения нагрузки (рис. 225,б). При значительных недогрузках к. п. д. понижается, так как полезная мощность уменьшается, а магнитные потери ?Р_м остаются неизменными. При перегрузках к. п. д. также снижается, так как резко возрастают электрические потери ?Р_ЭЛ (они пропорциональны квадрату тока нагрузки, в то время как полезная мощность — только току в первой степени).

Максимальное значение к. п. д. трансформатор имеет при такой нагрузке, когда электрические потери ?Р_ЭЛ равны магнитным потерям ?Р_м(см. рис. 225,б). При проектировании трансформаторов стремятся, чтобы максимальное значение к. п. д. достигалось при нагрузке 50—75 % номинальной; это соответствует наиболее вероятной средней нагрузке работающего трансформатора, называемой экономической.

Формула габаритной мощности трансформатора. Дроссели и магнитные усилители (Реферат)

«Белорусский государственный университет

информатики и радиоэлектроники»

Кафедра защиты информации

Реферат

на тему:

«Формула габаритной мощности трансформатора. Дроссели и магнитные усилители«

Минск, 2009

1. Формула габаритной мощности трансформатора

Рисунок 1 — Трансформатор

— полная мощность трансформатора

(1)

(2)

— коэффициент заполнения сердечника сталью.

Если j[А/мм] — плотность тока, тогда ток в первой обмотке и во второй:

(3)

(4)

— коэффициент заполнения окна проводами (медью).

=0,2..0,4 (плохо заполняет).

Формула габаритной мощности:

(5)

(6)

При учете потерь, обуславливающий реальный КПД=η, формула габаритной мощности приобретает следующий вид:

[] (7)

j=[А/]; f=[Гц]; =[B*A]; =[Тесла]

По величине , с учетом выбранного критерия оптимальности (min, minM(массы), minV(габаритов)). Выбираются из стандартных типовых размеров параметры магнитопровода.

а) б)

в)

Нагрузочная характеристика и КПД трансформатора

Рисунок 3 – Эквивалентная схема вторичной обмотки

Рисунок 4 – Нагрузочная кривая трансформатора

Какую бы нагрузку мы не включали или как бы не изменяли, ток нам бы хотелось, чтобы напряжение не изменялось и равнялось . Но этого не будет.

(8)

КПД трансформатора в рабочем режиме складывается из полезной мощности Р и

(9)

с – сталь

м – медь

КПД является функцией коэффициента нагрузки ()

(10)

т. е. в разных режимах КПД разное. Причем функция имеет экстремум:

Рисунок 5 – Зависимость КПД от коэффициента нагрузки

2. Дроссели. Магнитные усилители (МУ)

Дроссель представляет собой в основном обтекаемую переменным током катушку с ферромагнитным сердечником. Последний резко увеличивает магнитное поле. При одинаковых параметрах дроссель с ферромагнитным сердечником несравненно компактнее, чем катушка без сердечника. Подчеркнем, что при прочих равных условиях индуктивное сопротивление дросселя тем больше, чем лучше магнитные свойства ферромагнетика, т.е. чем больше его магнитная проницаемость.

Особенности конструкции и работы дросселей в цепях электропитания

Рисунок 6 – Зависимость величины магнитной индукции от тока

Рисунок 7 – Схема включения дросселя

Таким образом, желательно, чтобы подмагничивание не являлось излишне выраженным.

Для уменьшения подмагничивания в магнитном сердечнике дросселя вводится немагнитный зазор.

Рисунок 8 — Зависимость величины магнитной индукции от тока

Если ток подмагничивания равен 0, то индуктивность велика.

Рисунок 9

Эквивалентная схема дросселя аналогична схеме трансформатора на ХХ.

Магнитные усилители (МУ)

МУ – это электромагнитные устройства, в которых сопротивление катушки индуктивности переменного тока изменяется посредством подмагничивания ее сердечника с помощью специального токового управления.

Принцип действия МУ:

Рисунок 10 – Схема включения МУ

Рисунок 11 – Зависимость выходного тока от входного

Выбирая рабочий диапазон: А-В, можно обеспечить прямую пропорциональность между и , т.е. воспринимаем происходящее как усиление входного воздействия, если малое изменение приводит к значительным изменениям . Схема, приведенная ранее – это простейший вид МУ. С помощью его можно выполнить регулировку переменного тока в силовых цепях путем достаточно малого изменения . В принципе может быть выпрямлен и тогда управление, в конечном счете, будет осуществляться для тока нагрузки.

Если перед стоит выпрямитель, то это МУ.

Приведенная электромагнитная схема хорошо объясняет принцип работы МУ, однако не работоспособна в практическом применении из-за трансформации энергии переменного тока в маломощном источнике управления.

Рабочие конструкции МУ

Рисунок 12

В приведенной схеме центральный стержень в магнитном отношении работает неэффективно. Можно разделить центральный стержень немагнитным промежутком . В полученной конструкции два отдельных магнитопровода могут быть вообще разъединены, а -представлено в виде двух полуобмоток.

Рисунок 13

Последняя электромагнитная схема МУ соответствует следующему рабочему принципу схемы:

Рисунок 14

Коэффициент усиления

Для МУ в стационарном режиме могут быть записаны следующие уравнения равновесия электрического воздействия в рабочей цепи и цепи управления.

(11)

Анализ показывает, что из приведенной системы уравнений, записанной для идеализированной электрической модели МУ отсутствуют потоки рассеивания, нет сопротивления проводов, потери в магнитном материале считают идеально симметричными и т. п. Необходимо выполнение следующего уравнения равновесия намагничивающих сил рабочих обмоток и обмоток управления (УРМС).

Как узнать мощность трансформатора по железу — MOREREMONTA

Определение мощности силового трансформатора

Для изготовления трансформаторных блоков питания необходим силовой однофазный трансформатор, который понижает переменное напряжение электросети 220 вольт до необходимых 12-30 вольт, которое затем выпрямляется диодным мостом и фильтруется электролитическим конденсатором.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

В результате расчётов получаем ориентировочное значение мощности трансформатора

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

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

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

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

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

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

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

расчет мощности трансформатора по габаритам

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

S = 2,5 * 2,5 = 6,25 см²

P = 1,5 * 6,25² / 1,69 = 35 Ватт

S = ²√ (50 * 1,69 / 1,3) = 8см²

Максимальные ориентировочные значения индукции

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

Видео: Как определить мощность трансформатора, несколько способов

Описание нескольких способов определения мощности 50 Гц трансформаторов.

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

Число витков первичной обмотки трансформатора определяется по формуле:

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

Число витков вторичной обмотки определяется формулой:

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

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

Transformer Formula

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

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

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

Уравнение записано

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

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

Уравнение записано

имеем:

В _p = входное напряжение на первичной катушке.

В _с = входное напряжение на вторичной катушке.

I _p = входной ток первичной обмотки.

I _с = входной ток вторичной обмотки.

n _p = количество витков провода на первичной обмотке.

n _с = количество витков провода на вторичной катушке.

Trasnformer Вопросы:

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

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

, →,

= 2,4 * 10 А = 24 А.

I _с = 24 А.

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

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

, →,

Замещающий,

n _s = 400

Цепи трансформатора

Для напряжения питания вольт
при Гц и первичной индуктивности

L ₁ = 1 Генри.

Первичные витки: N _P =

Вторичные витки: N _S =

Вторичное напряжение:
В _S = вольт

При идентичной геометрии вторичная индуктивность L ₂ = H.

В предположении идеальной связи, взаимной индуктивности M = H

Сопротивление первичной обмотки R ₁ = Ом

Сопротивление вторичной обмотки R ₂ = Ом

Сопротивление вторичной нагрузки R _S = Ом

С указанными выше параметрами рассчитываются следующие значения:

Эффективное первичное сопротивление R _P = Ω

Эффективное первичное реактивное сопротивление X _P = Ω

Первичное сопротивление Z _P = Ω

при °

Вторичный импеданс Z ₂ = Ом при °

Мощность, рассеиваемая в первичной обмотке = Вт =% мощности.

Мощность, рассеиваемая во вторичной обмотке = Вт =% мощности.

Мощность, передаваемая на нагрузку = Вт =% от мощности.

Примечания: Значения могут быть введены для любого из параметров трансформатора. Для неуказанных значений будут введены значения по умолчанию, но они могут быть изменены в процессе исследования. Щелкните за пределами любого поля данных, чтобы начать расчет.

Числовой пример

График типичных результатов

Обсуждение нагруженного трансформатора

Уравнения схемы

Индекс

Концепции трансформатора

Концепции закона Фарадея

Концепции индуктивности

Расчет мощности трансформатора с использованием только тока и сопротивления

Предполагая, что ток намагничивания на первичной стороне пренебрежимо мал, сначала определите:

P _p: Питание первичной стороны, подаваемое на трансформатор.2) * R для вторичной обмотки скажет ли это эффективную рассеиваемую мощность?

Да. \ $ P_s = V_s I_s \ $ верно.

, если я разделю вторичную мощность на первичную и умножу на 100%, скажет ли это эффективность трансформатора?

Совершенно верно. Это определение эффективности трансформатора.

$$ \ text {Эффективность} \ overset {\ треугольник} {=} \ dfrac {P_s} {P_p} $$

индуктивный импеданс позволяет энергии возвращаться к источнику

Вы должны учитывать, что трансформаторы работают иначе, чем индукторы.Идеальный трансформатор с очень высоким индуктивным сопротивлением первичной обмотки вообще не ведет себя как индуктивный. Потому что трансформатор спроектирован таким образом, что индуктор первичной стороны отводит только небольшое количество тока от источника питания с номинальной частотой, когда вторичная сторона разомкнута.

Основные операции трансформатора

Изучив этот раздел, вы сможете описать:
• Принцип работы трансформатора.
• Передаточное число.
• Коэффициент мощности.
• Коэффициент трансформации.
• Потери в трансформаторе: медь, гистерезис и вихревые токи.
• КПД трансформатора и ток холостого хода.

Трансформаторы.

Трансформатор использует принципы электромагнетизма для переключения одного уровня переменного напряжения на другой. Работы Фарадея в 19 веке показали, что изменяющийся ток в проводнике (например,грамм. первичная обмотка трансформатора) создает изменяющееся магнитное поле вокруг проводника. Если другой проводник (вторичная обмотка) поместить в это изменяющееся магнитное поле, в этой обмотке будет индуцироваться напряжение.

Передаточное число.

Фарадей также подсчитал, что напряжение, индуцированное во вторичной обмотке, будет иметь величину, которая зависит от ОТНОШЕНИЯ ОБОРОТОВ трансформатора. т.е. если вторичная обмотка имеет половину числа витков первичной обмотки, то вторичное напряжение будет вдвое меньше напряжения на первичной обмотке.Аналогичным образом, если вторичная обмотка имеет в два раза больше витков первичной обмотки, вторичное напряжение будет вдвое больше первичного напряжения.

Коэффициент мощности.

Поскольку трансформатор является пассивным компонентом (у него нет внешнего источника питания), он не может выдавать больше мощности из вторичной обмотки, чем подается на первичную обмотку. Следовательно, если вторичное напряжение больше первичного на определенную величину, вторичный ток будет меньше первичного тока на аналогичную величину, т.е.е. Если напряжение удвоить, ток уменьшится вдвое.

Рис. 11.1.1 Основные операции трансформатора.

Коэффициент трансформации.

Функционирование базового трансформатора

можно описать двумя формулами, связывающими коэффициент трансформации с числом витков обмоток трансформатора.

В _P = первичное напряжение.
I _P = первичный ток.
В _S = вторичное напряжение.
I _S = вторичный ток.
N _P = количество витков в первичной обмотке.
N _S = количество витков вторичной обмотки.

Потери трансформатора.

Формулы на рис. 11.1.1 относятся к идеальному трансформатору, то есть трансформатору без потерь мощности, в котором первичный вольт-ампер = вторичный вольт-ампер.

Хотя практические трансформаторы могут быть чрезвычайно эффективными, некоторые потери будут происходить, потому что не весь магнитный поток, создаваемый первичной обмоткой, будет связываться со вторичной обмоткой.Потери мощности, возникающие в трансформаторе, бывают трех типов;

1. Потери меди.

Эти потери также можно назвать потерями в обмотке или потерями I2R, поскольку они могут возникать в обмотках, сделанных не из меди, а из других металлов. Потери проявляются в виде тепла, выделяемого в обмотках (медных) проводов, поскольку они рассеивают мощность из-за сопротивления провода.

Потери мощности в обмотке трансформатора можно рассчитать, используя ток в обмотке и ее сопротивление в формуле для мощности P = I ² R.Эта формула является причиной того, что потери в меди иногда называют потерями I ² R. Чтобы свести к минимуму потери, сопротивление обмотки должно быть низким, используя провод подходящей площади сечения и низкого удельного сопротивления.

2. Гистерезисные потери.

Каждый раз, когда переменный ток меняет направление (раз в каждом цикле), крошечные «магнитные домены» в материале сердечника меняются местами. Это физические изменения в основном материале, требующие некоторой энергии. Количество используемой энергии зависит от «сопротивления» материала сердечника; в больших сердечниках силовых трансформаторов, где потери на гистерезис могут быть проблемой, они в значительной степени решаются использованием специальной стали с низким сопротивлением «ориентированной зернистостью» в качестве материала сердечника.

3. Вихретоковые потери.

Поскольку железный или стальной сердечник является электрическим проводником, а также магнитной цепью, изменяющийся ток в первичной обмотке будет иметь тенденцию создавать ЭДС внутри сердечника, а также во вторичной обмотке. Токи, наведенные в сердечник, будут противодействовать изменениям магнитного поля, происходящим в сердечнике. По этой причине эти вихревые токи должны быть как можно меньше. Это достигается разделением металлического сердечника на тонкие листы или «ламинаты», каждый из которых изолирован друг от друга изолирующим слоем лака или оксида.Ламинированные сердечники значительно уменьшают образование вихревых токов, не влияя на магнитные свойства сердечника.

Ферритовые сердечники.

В высокочастотных трансформаторах потери на вихревые токи уменьшаются за счет использования сердечника из керамического материала, содержащего большую долю мельчайших металлических частиц, железной пыли или марганцево-цинка. Керамика изолирует металлические частицы друг от друга, давая аналогичный эффект ламинированным слоям и лучше работая на высоких частотах.

Благодаря способам снижения потерь, описанным выше, практические трансформаторы по своим рабочим характеристикам очень близки к идеалу.В мощных силовых трансформаторах может быть достигнут КПД около 98%. Поэтому для большинства практических расчетов можно предположить, что трансформатор «идеален», если не указаны его потери. Фактические вторичные напряжения в практическом трансформаторе будут лишь немного меньше, чем рассчитанные с использованием теоретического коэффициента трансформации.

Ток выключения.

Поскольку трансформатор работает почти идеально, мощность как первичной, так и вторичной обмоток одинакова, поэтому, когда на вторичную обмотку не подается нагрузка, вторичный ток не течет, а мощность во вторичной обмотке равна нулю (V x I = 0).Следовательно, хотя к первичной обмотке приложено напряжение, ток не будет течь, поскольку мощность в первичной обмотке также должна быть равна нулю. В практических трансформаторах «ток холостого хода» в первичной обмотке на самом деле очень мал.

Вольт на оборот.

Трансформатор с первичной обмоткой на 1000 витков и вторичной обмоткой на 100 витков имеет соотношение витков 1000: 100 или 10: 1. Следовательно, 100 вольт, приложенное к первичной обмотке, даст вторичное напряжение 10 вольт.

Другой способ измерения напряжения трансформатора — вольт / виток; если 100 вольт, приложенное к 1000 витков первичной обмотки, дает 100/1000 = 0.1 вольт на виток, тогда каждый отдельный виток 100-витковой вторичной обмотки будет производить 0,1 В, поэтому общее вторичное напряжение будет 100 × 0,1 В = 10 В.

Тот же метод можно использовать для определения значений напряжения, возникающего на отдельных ответвлениях автотрансформатора, если известно количество витков на ответвление.

Просто разделите общее напряжение на всей обмотке на общее количество витков и умножьте этот результат на количество витков в конкретном ответвлении.

Расчеты трансформатора

и NEC

Трансформатор передает электрическую энергию (мощность) от одной системы к другой посредством индукции без физического соединения между двумя системами (кроме заземляющих и соединительных). Таким образом, Национальный электрический кодекс (NEC) называет трансформаторы «отдельно производными системами».

Большинство трансформаторов повышают или понижают напряжение, но изолирующие трансформаторы этого не делают; они просто развязывают первичную обмотку от вторичной.

Некоторые основы

Обмотка трансформатора, подключенная к источнику напряжения, является «первичной». Обмотка трансформатора, подключенная к нагрузке, является «вторичной».

Напряжение, которое может быть индуцировано во вторичной обмотке из-за первичного магнитного поля, является функцией количества витков (витков) вторичного проводника, перерезанных первичным электромагнитным полем. Напряжение на первичной стороне — это «напряжение первичной линии», а напряжение на вторичной стороне — «напряжение вторичной линии».

Трансформаторы указаны в киловольт-амперах (кВА), где 1кВА = 1000 вольт-ампер (ВА).

Треугольник и звезда

Трансформаторы, соединенные треугольником, имеют три обмотки, соединенные встык. Линейные проводники подключаются к каждой точке, где встречаются две обмотки. Эта система называется «Дельта», потому что в развернутом виде она выглядит как треугольник (греческий символ «Дельта» для буквы D). Для трансформатора треугольник / треугольник как первичная, так и вторичная обмотки соединены треугольником ( Рис.1 ).

Рис. 1. Трансформаторы, соединенные треугольником, имеют три обмотки, соединенные между собой встык.

При работе с дельта-трансформаторами не забывайте о «высокой ножке» (см. Врезку ниже).

Трансформаторы, соединенные звездой, имеют по одному выводу от каждой из трех обмоток, соединенных с общей точкой. Другие выводы каждой обмотки подключаются к линейным проводам. Вторичная обмотка звездообразной формы часто представлена Y-образным расположением обмоток ( рис.2 )

Рис. 2. Трансформаторы, соединенные звездой, имеют по одному выводу от каждой из трех обмоток, соединенных с общей точкой.

Сетевые токи

Вы можете рассчитать линейный ток трансформатора, используя соответствующую формулу для однофазных или трехфазных систем:

Однофазный: I = VA ÷ E

Трехфазный : I = VA ÷ (E × 1.732)

Защита от перегрузки по току

Для защиты обмоток трансформатора от перегрузки по току используйте проценты, указанные в Таблице 450.3 (B) и соответствующие примечания.

Раздел 450.3 (B) касается защиты обмоток трансформатора, а не проводников, питающих трансформатор или выходящих из него.

Для токов 9А и более, гл. 450.3 (B), применяется примечание 1. Если 125% первичного тока не соответствует стандартному предохранителю или нерегулируемому автоматическому выключателю, вы можете использовать устройство защиты от перегрузки по току (OCPD) следующего более высокого номинала, как указано в гл. 240,6 (А).

Первичная максимальная токовая защита, менее 9 А, пример

Вопрос: Каков максимальный номинал первичного OCPD для однофазного трансформатора 240 В с постоянной нагрузкой 2 кВА?

Первичный ток = (Номинальная мощность трансформатора) ÷ (Первичное напряжение)

Первичный ток = 2,000 ВА ÷ 240 В

Первичный ток = 8.33A

Первичная защита = (Первичный ток) × (Таблица 450.3 (B) Процент)

Первичная защита = 8,33A × 167%

Первичная защита = 13,92A

Первичная максимальная токовая защита более 9A Пример

Вопрос : Каков максимальный номинал первичной OCPD для непрерывно нагруженного трехфазного трансформатора 480 В на 45 кВА ( Рис. 3 )?

Рис. 3. Вот как рассчитать номинал OCPD для трансформатора, когда первичный ток меньше 9A.

Первичный ток = Номинальная мощность трансформатора ÷ (Первичное напряжение × 1,732)

Первичный ток = 45000ВА ÷ (480В × 1,732)

Первичный ток = 54A

Первичная защита = (Первичный ток) × (Таблица 450.3 (B ) Процент)

Первичная защита = 54A × 125%

Первичная защита = 68A

Таким образом, в этой ситуации используйте OCPD на 70A. [Разд. 240,6 (A) и таблица 450.3 (B), примечание 1]

Размер первичного проводника

Размер первичных проводов должен составлять не менее 125% длительных нагрузок плюс 100% непостоянных нагрузок, исходя из номинальной температуры клемм силы тока, как указано в Таблице 310.15 (B) (16), перед любой регулировкой допустимой нагрузки [разд. 210.19 (А) (1)].

Защитите проводники от перегрузки по току в соответствии с их допустимой токовой нагрузкой после регулировки допустимой нагрузки, как указано в гл. 310,15 [240,4]. Вы можете использовать следующий более высокий стандартный рейтинг OCPD (выше допустимой токовой нагрузки защищаемых проводников), если рейтинг OCPD не превышает 800A [сек. 240,4 (В)].

Пример сечения первичного проводника

Вопрос: Первичный провод какого размера можно использовать для непрерывно нагруженного трехфазного трансформатора 480 В мощностью 45 кВА, если номинал первичного OCPD составляет 70 А?

Шаг 1 : Подобрать первичный проводник на 125% номинального тока первичной обмотки.

I = 45000 ВА ÷ (480 В × 1,732) = 54 А

54 А × 1,25 = 68 А

Провод 4 AWG рассчитан на 70 А при 60 ° C [Сек. 110.14 (C) (1) (a) (1) и Таблица 310.15 (B) (16)].

Шаг 2 : Убедитесь, что проводники защищены в соответствии с их силой тока [разд. 240,4].

Провод 4 AWG с номиналом 70 А при 60 ° C может быть защищен первичным OCPD на 70 А.

Размер вторичного проводника

Допустимая нагрузка вторичного проводника должна, по крайней мере, равняться номинальному значению устройства, питаемого вторичными проводниками или OCPD на окончании вторичных проводов [разд.240.21 (C) (2)]. Предположим, что вторичные проводники будут постоянно нести полную мощность трансформатора.

Шаг 1 : Определите номинальные характеристики устройства, питаемые вторичными проводниками при 125% вторичных номиналов [разд. 215.2 (А) (1) (а)].

Шаг 2 : Подберите размеры вторичных проводов таким образом, чтобы их допустимая нагрузка была не ниже номинала устройства, обеспечиваемого вторичными проводниками [разд. 240,21 (С)].

Пример определения размеров вторичного проводника Вопрос: Вторичный провод какого размера может использоваться для непрерывно нагруженного трехфазного трансформатора 480–120 / 208 В мощностью 45 кВА?

Шаг 1 : Определите номинальный вторичный ток.

Вторичный ток = трансформатор ВА ÷ (вторичное напряжение × 1,732)

I = 45000ВА ÷ (208В × 1,732)

I = 125A

Шаг 2 : Определите размер вторичного OCPD для непрерывной нагрузки (125% от вторичный номинальный ток) [разд. 215,3].

125A × 1,25 = 156A

Таким образом, в этой ситуации используйте OCPD на 175A [разд. 240,6 (А)].

Шаг 3 : Подберите размер вторичного проводника так, чтобы его допустимая нагрузка не менее 175A вторичного OCPD (этап 2) [разд.240.21 (C) (2)].

Используйте 2/0 AWG номиналом 175 А при 75 ° C [разд. 110.14 (C) (1) (b) и Таблица 310.15 (B) (16)]

Заземление и соединение

Перемычка для подключения системы, размер в сек. 250.102 (C) в зависимости от площади вторичных проводов [разд. 250.30 (A) (1) и разд. 250.28 (D) (1)], должен быть установлен в том же месте, где провод заземляющего электрода заканчивается к нейтральной точке трансформатора [разд. 250.102 (C)].

Провод заземляющего электрода должен соединять нейтральную точку отдельно выделенной системы с заземляющим электродом типа, указанного в гл.250,30 (А) (4). Подбирайте провод заземляющего электрода по размеру сек. 250.66, исходя из площади незаземленного вторичного проводника [разд. 250.30 (А) (5)].

Как избежать ошибок

Ошибка расчета может иметь трагические результаты. Так как же снизить вероятность ошибки в расчетах трансформатора?

Математика не представляет особой сложности, но если вы выберете неправильную формулу, ваши результаты будут неверными, даже если ваша математика верна. Эти четыре простых шага помогут выбрать правильную формулу для конкретного приложения:

1.Еще раз проверьте номинал VA.

2. Определите первичное и вторичное напряжения, однофазное или трехфазное.

3. Еще раз проверьте характеристики нагрузки и расчеты.

4. Убедитесь, что вы использовали правильные формулы. Вот совет, который поможет вам сделать это без остекленения глаз: используйте неправильные формулы. Например, вы работаете в однофазной системе. Посмотрите на формулу трехфазного. Это то, что вы использовали? Если нет — отлично. Перейдите к следующему пункту и выполните аналогичный процесс.

Эти материалы предоставлены нам компанией Mike Holt Enterprises в Лисбурге, штат Флорида. Чтобы просмотреть учебные материалы по Кодексу, предлагаемые этой компанией, посетите сайт www.mikeholt.com/code.

Базовые силовые трансформаторы

Льюис Лофлин

В этом разделе мы рассмотрим широкий круг тем, связанных с трансформаторами. Это будет ограничиваться в основном силовыми трансформаторами, их работой и способами их использования / тестирования. Я предполагаю, что читатель имеет базовые знания о постоянном токе и законах Ома, а также основы магнетизма.Если необходимо рассмотреть эти темы, см. Следующее:

На схеме выше базовый трансформатор состоит как минимум из двух катушек с проволокой, намотанной на железный сердечник. Пульсирующее магнитное поле, создаваемое в первичной обмотке переменным током, индуцирует напряжение во вторичной обмотке, когда расширяющееся и сжимающееся магнитное поле первичной обмотки пересекает вторичную обмотку. Выходное напряжение вторичной обмотки пропорционально входному напряжению и отношению первичных обмоток (количества витков) к вторичным обмоткам.

Рисунок 1 Основные типы трансформаторов.

На рисунке 1 выше показан основной электрический символ трансформатора. Базовый трансформатор состоит как минимум из двух катушек с проволокой, намотанной на железный сердечник. Хотя есть много вариантов, перечисленных выше:

T1: разделительный трансформатор типа «один к одному». Напряжение на входе такое же, как на выходе. Они используются для изоляции «горячей» стороны линии питания от пользователя на вторичной стороне. Фактически, за исключением автотрансформаторов, это свойство всех трансформаторов — электрическая изоляция между первичной и вторичной обмотками.

T2: базовый понижающий трансформатор. Количество обмоток в первичной обмотке больше, чем количество обмоток во вторичной обмотке, что дает более низкое выходное напряжение, чем входное. Понижающее напряжение основано на соотношении первичных обмоток и вторичных обмоток.

T3: базовый повышающий трансформатор. Количество обмоток в первичной обмотке меньше, чем во вторичной. Повышающее напряжение основано на соотношении первичных обмоток и вторичных обмоток.

T4: трансформатор с центральным отводом вторичной обмотки. Напряжение, измеренное от центрального отвода к любому концу, должно быть одинаковым.

T5: трансформатор с отводом по центру первичной и вторичной обмоток.

T6: понижающий трансформатор с центральным отводом вторичной обмотки. Так устроен обычный «полюсный трансформатор», питающий дом.

T7: трансформатор с несколькими вторичными обмотками. Отдельные обмотки могут иметь любую комбинацию повышающей или понижающей.

Рисунок 2

Напряжение и ток в силовых трансформаторах

На рисунке показан теоретический трансформатор с входным напряжением 120 В переменного тока и выходом 20 В переменного тока на один ампер (I). Допустим, резистор R1 составляет 20 Ом. Какой ток будет протекать через предохранитель F1? В данном случае соотношение витков 120: 20 = 6: 1.

Для решения подобных проблем я использую формулу «мощность равна выходной мощности». (Я расскажу о потерях в ближайшее время.) Во вторичном резисторе R1 составляет 20 Ом (R) и 20 В (E), поэтому E / R = I; 20/20 = 1 ампер.Мощность = E * I = 20 * 1 = 20 Вт. Таким образом, в этой задаче вторичный потребляет 20 Вт, поэтому первичный должен обеспечивать 20 Вт. В приведенном выше примере 1 ампер протекает через амперметр 2.

В первичной обмотке мы знаем, что входное напряжение (E) составляет 120 вольт, а подаваемая мощность (P) — 20 ватт. Чтобы найти ток (I), мы используем формулу P / E = 20/120 = 0,167 ампер или 167 мА. Это также ток через амперметр 1 и предохранитель, поэтому для безопасности мы должны использовать предохранитель не более стандартного предохранителя на 1/4 А.

Это, кажется, сбивает с толку многих студентов, потому что такой небольшой ток при гораздо более высоком напряжении может быть таким же уровнем мощности, как и большой ток при низком напряжении. Мы говорим о мощности как о произведении тока и напряжения, а не только о напряжении или токе.

Трансформатор с многослойным сердечником, на котором виден край слоев
вверху изображения.

Является ли первичный источник питания всего лишь 20 Вт, чтобы передать 20 Вт нагрузке? Нет, скорее всего 23 Вт. В самом трансформаторе есть потери, по крайней мере, несколько ватт в этой простой схеме.Существует три основных типа потерь мощности в трансформаторах:

Гистерезис: сопротивление изменению магнитных полей в магнитном материале. Другими словами, железный сердечник трансформатора противостоит изменению магнитных полей, вызванному переменным током. Молекулы железа сопротивляются изгибу, вызванному магнитным полем, выделяющим отходящее тепло.

Вихревые токи: небольшой ток, индуцируемый в железном сердечнике трансформатора. Сердечник трансформатора часто состоит не из прочного железа / стали, а из ламинированных листов, соединенных вместе.Я не буду вдаваться в подробности о нескольких других типах магнитных потерь.

Потери в меди: нагрев, вызванный сопротивлением медного провода в обмотках. Этот термин применяется независимо от того, сделаны ли обмотки из меди или другого проводника, например алюминия. Поэтому часто предпочитают термин «потери в обмотке».

Потери меди возникают в результате джоулева нагрева, и поэтому их также называют «квадратичными потерями R» в соответствии с Первым законом Джоуля. Это означает, что энергия, теряемая каждую секунду, или мощность, увеличивается пропорционально квадрату тока через обмотки и пропорционально электрическому сопротивлению проводников.

Потери в меди = I * I * R, где I — ток, протекающий в проводнике, а R — сопротивление проводника. Если I в амперах, а R в омах, расчетная потеря мощности выражается в ваттах.

Чем больше ток в проводе, тем выше потери из-за тепла. Кроме того, сопротивление медной проволоки (и большинства металлов) увеличивается с температурой. Используя рисунок 2 в качестве примера с одним ампером, мы действительно имеем потери в проводе, но тот же провод на два ампера будет производить в четыре раза больше потерь (в виде тепла), чем на один ампер!

Сопротивление меди напрямую зависит от диаметра (калибра) провода и его длины.Например, провод калибра AWG 28 имеет сопротивление 64,9 Ом на 1000 футов провода и диаметр провода 0,013 дюйма. AWG 12 калибра имеет сопротивление 1,588 Ом на 1000 футов и диаметр провода 0,081 дюйма. Он используется в домашней проводке и может выдерживать 41 ампер, в то время как AWG 28 может выдерживать только 1,4 ампера.

Примечание: чем выше номер AWG, тем тоньше провод. Другими словами, AWG 28 может пропускать ток, достаточный для безопасной работы лампочки мощностью 150 Вт, в то время как AWG 12 может проводить ток для безопасной работы большой микроволновой печи или электрического обогревателя на 3600 Вт.

Глядя на наш трансформатор выше на рисунке 2, мы имеем первичный ток 0,167 ампер и вторичный ток 1 ампер. Очевидно, что мы можем использовать провод меньшего диаметра в первичной обмотке, чем во вторичной. При проектировании трансформатора сечения проводов, используемых в первичной и вторичной обмотках, часто бывают как можно более тонкими, чтобы снизить стоимость при пропускании указанного тока. Но более тонкий провод имеет большее сопротивление, чем более толстый. Это необходимо учитывать при выборе трансформатора.

Давайте поспорим, наш трансформатор на рисунке 2 измеряет 50 Ом на первичной обмотке и 2 Ом на вторичной. Сколько мощности будет потеряно из-за потерь в меди?

Для первичной обмотки: I * I * R = 0,167 * 0,167 * 50 = 1,39 Вт.

Для вторичной обмотки: I * I * R = 1 * 1 * 2 = 2 Вт.

Общие потери в ваттах из-за потерь в меди = 3,39 Вт плюс около 2 Вт различных магнитных потерь. С трансформатором на 20 Вт это значительные потери — почти 22%. Использование проволоки большего диаметра (по более высокой цене) для уменьшения нагрева жизненно важно.На самом деле хороший трансформатор часто имеет КПД более 95%.

Подводя итог, калибр провода напрямую связан с допустимой нагрузкой по току. Напряжение зависит от качества электрической изоляции. Мощность — это произведение напряжения и тока. Если мы передаем мощность с более высоким напряжением, но с меньшим током, мы можем доставить мощность с меньшими затратами, используя провод меньшего сечения. Давайте рассмотрим это более подробно.

В заключение, эти показания могут быть неточными как таковые. Трансформаторы — это индуктивные устройства, в которых индуктивное реактивное сопротивление искажает показания переменного тока.

Трансформаторы для электропитания дома

Без использования трансформаторов современная электроэнергия была бы невозможна или намного дороже. Здесь я рассмотрю современный дом и то, как используются трансформаторы. (Приведенные ниже примеры могут не соответствовать местным кодам и являются только примерами.)

Опять же, мощность — это произведение напряжения и тока. (E * I) Современное домашнее электроснабжение составляет 200 ампер при 240 вольт. (Взгляните на домашнюю коробку выключателя.) При использовании воздушной линии для проводки от погодозависимой головки, где энергокомпания подключается к дому, до самой коробки выключателя часто используется провод AWG 00.

Если медь, то она может выдерживать 283 ампера свободного воздуха, этого достаточно для работы на 200 ампер. Но это очень дорогая проволока диаметром 0,365 дюйма и весом 403 фунта на 1000 футов. Миля этого провода будет весить более одной тонны, и это только для одной сети на 200 ампер в одном доме. Алюминиевый провод дешевле, но он должен быть большего диаметра, чтобы пропускать ток, равный медному. Стоимость здесь с обоими будет непомерно высокой.

Решением является использование трансформаторов. Когда генерируется энергия, напряжение повышается до напряжения передачи до 400 000 вольт на большие расстояния.Можно использовать провод гораздо меньшего диаметра (а значит, и более дешевый и легкий) для подачи питания на местную подстанцию. Здесь высокое напряжение снижается до напряжения распределения 7200 вольт для домов и предприятий.

На изображении выше показан типичный однофазный полюсный трансформатор. В верхней части полюса находится напряжение распределения 7200 вольт, а выходное напряжение использования составляет 240 вольт. Дом на 200 А может потреблять 48 000 ВА (E * I) или 48 кВА. Трансформатор на 150 кВА может обслуживать три дома или легко подавать 600 ампер на три дома.Это будут очень короткие участки провода по трем различным проводящим путям.

Даже 1000 футов AWG 00 имеют 0,0799 Ом, таким образом, скажем, 100 футов при 200 А приведут к небольшим потерям мощности. Скорее всего, для такого короткого пробега они будут использовать, скажем, AWG 10 при 1,2 Ом на 1000 футов. 1000 футов AWG 10 весит около 30 фунтов.

Обратите внимание на то, что на рисунке выше провод высокого напряжения в верхней части полюса тоньше, чем вторичная сторона, идущая к трем домам. Провода какого калибра я могу использовать для передачи 7200 вольт для питания полюсного трансформатора? Для подачи 150 кВА при 7200 вольт верхние проводники должны выдерживать около 21 ампер.Это может быть AWG 14 диаметром 0,064 дюйма с сопротивлением 2,5 Ом на 1000 футов. Общий вес 1000 футов проволоки составляет менее 13 фунтов. (Я предполагаю за вычетом веса изоляции.) Таким образом, из 150 000 ватт мы потеряем около 52 ватт из-за потерь в меди на 1000 футов провода.

Наконец, трансформатор имеет коэффициент трансформации 7200: 240 = 30: 1.

Пусковой ток трансформатора: расчет и теория

Когда трансформатор включается с первичной стороны, а его вторичная цепь остается разомкнутой, он действует как простая индуктивность.Когда силовой трансформатор работает нормально, магнитный поток, создаваемый в сердечнике, находится в квадратуре с приложенным напряжением, как показано на рисунке ниже.

Волна потока достигнет своего максимального значения, 1/4 цикла или угла π / 2 позже, достигнув максимального значения волны напряжения. Согласно волнам, показанным на рисунке ниже, в момент, когда напряжение равно нулю, соответствующее установившееся значение потока должно быть отрицательным максимумом (то есть минимальным значением).

Но практически невозможно получить магнитный поток в момент включения питания трансформатора.Это связано с тем, что перед включением питания поток не будет связан с сердечником.

Установившееся значение потока не достигается мгновенно. Хотя, с нашей точки зрения, это очень быстро — на это требуется ненулевое количество времени. Скорость этого процесса зависит от того, насколько быстро цепь может забирать энергию.

Это потому, что скорость передачи энергии в цепь не может быть бесконечной. Таким образом, магнитный поток в сердечнике также будет начинаться с нулевого значения во время включения трансформатора.Согласно закону электромагнитной индукции Фарадея индуцированное на обмотке напряжение определяется как e = dφ / dt. Где φ — поток в сердечнике. Следовательно, магнитный поток будет составлять интеграл волны напряжения, который можно вычислить по следующей формуле:

Если трансформатор включается в момент нулевого напряжения, волна магнитного потока инициируется из того же источника, что и форма волны напряжения, значение потока в конце первого полупериода формы волны напряжения можно рассчитать с помощью:

Где φ _м — максимальное значение установившегося потока.Сердечник трансформатора обычно насыщается чуть выше максимального установившегося значения магнитного потока. Но в нашем примере при включении трансформатора максимальное значение магнитного потока подскочит до удвоения максимального значения в установившемся режиме.

После достижения максимального значения магнитного потока в установившемся режиме сердечник становится насыщенным, и ток, необходимый для создания остального магнитного потока, очень велик. Таким образом, первичная обмотка трансформатора потребляет очень высокий пиковый ток от источника. Это известно как пусковой ток трансформатора или пусковой ток намагничивания трансформатора.

Пусковой ток намагничивания в трансформаторе — это ток, который подавляется трансформатором во время подачи питания на трансформатор. Этот ток носит временный характер и существует в течение нескольких миллисекунд. Пусковой ток может быть до 10 раз выше номинального тока трансформатора.

Несмотря на то, что величина пускового тока настолько велика, он обычно не вызывает постоянного повреждения трансформатора, так как существует в течение очень короткого времени. Но все же бросок тока в силовом трансформаторе представляет собой проблему, потому что он мешает работе схем, поскольку они предназначены для работы.

Некоторые эффекты высокого броска тока включают в себя сбои в работе предохранителя или прерывателя, а также искрение и выход из строя компонентов первичной цепи, таких как переключатели.

Расчет мощности трансформатора и длины провода

Простейший расчет силовых трансформаторов и автотрансформаторов

Простейший расчет силового трансформатора

Силовые трансформаторы, простой расчет

KOMITART — развлекательно-познавательный портал

Разделы сайта

DirectAdvert NEWS

Друзья сайта

Осциллографы

Мультиметры

Купить паяльник

Статистика

Простой расчет понижающего трансформатора.

Мощность трансформатора, какая должна быть, как её подобрать, рассчитать.

Тема: какой мощности должен быть трансформатор на блоке питания, как ее узнать.

Формула габаритной мощности трансформатора. Дроссели и магнитные усилители (стр. 1 из 2)

Как узнать мощность и ток трансформатора по его внешнему виду

Трансформатор напряжения

Обмотки трансформатора

Как работает трансформатор

Формула трансформатора

Типы трансформаторов по конструкции

Однофазные трансформаторы

Трехфазные трансформаторы

Типы трансформаторов по напряжению

Понижающий трансформатор

Повышающий трансформатор

Разделительный или развязывающий трансформатор

Согласующий трансформатор

Работа понижающего трансформатора на практике

Как проверить трансформатор

Как проверить на короткое замыкание обмоток

Проверка на обрыв обмоток

Как прозвонить трансформатор или как определить обмотки трансформатора

1. Определение обмоток визуальным осмотром

2. Определение обмоток по сопротивлению

Как определить мощность трансформатора по сечению сердечника

Максимальные ориентировочные значения индукции

Видео: Как определить мощность трансформатора, несколько способов

§66.

Формула габаритной мощности трансформатора. Дроссели и магнитные усилители (Реферат)

Как узнать мощность трансформатора по железу — MOREREMONTA

Определение мощности силового трансформатора

Максимальные ориентировочные значения индукции

Видео: Как определить мощность трансформатора, несколько способов

Transformer Formula

Цепи трансформатора

Расчет мощности трансформатора с использованием только тока и сопротивления

Основные операции трансформатора

Трансформаторы.

Передаточное число.

Коэффициент мощности.

Рис. 11.1.1 Основные операции трансформатора.

Коэффициент трансформации.

Потери трансформатора.

1. Потери меди.

2. Гистерезисные потери.

3. Вихретоковые потери.

Ферритовые сердечники.

Ток выключения.

Вольт на оборот.

и NEC

Базовые силовые трансформаторы

Напряжение и ток в силовых трансформаторах

Трансформаторы для электропитания дома

Пусковой ток трансформатора: расчет и теория

Оставить комментарийОтменить комментарий