Расчет габаритной мощности трансформатора: cxema.org — Расчёт габаритной мощности трансформатора

Как узнать мощность трансформатора. Определение мощности трансформатора. Способы определения мощности трансформатора

Меня неоднократно спрашивали о том, как определить мощность 50Гц трансформатора не имеющего маркировки, попробую рассказать и показать на паре примеров.

Вообще способов определения мощности 50Гц трансформатора есть довольно много, я перечислю лишь некоторые из них.

1. Маркировка.
Иногда на трансформаторе можно найти явное указание мощности, но при этом данное указание может быть незаметно с первого взгляда.
Вариант конечно ну очень банальный, но следует сначала поискать.

2. Габаритная мощность сердечника.
Есть таблицы, по которым можно найти габаритную мощность определенных сердечников, но так как сердечники выпускались весьма разнообразных конфигураций размеров, а кроме того отличались по качеству изготовления, то таблица не всегда может быть корректна.
Да и найти их не всегда можно быстро. Впрочем косвенно можно использовать таблицы из описаний унифицированных трансформаторов.Расчет габаритной мощности трансформатора: cxema.org - Расчёт габаритной мощности трансформатора

3. Унифицированные трансформаторы.
Еще при союзе, да и впрочем после него, было произведено огромное количество унифицированных трансформаторов, их вы можете распознать по маркировке начинающейся на ТПП, ТН, ТА.
Если ТА распространены меньше, то ТПП и ТН встречаются весьма часто.

Например берем трансформатор ТПП270.

Находим описание маркировки данной серии и в описании находим наш трансформатор, там будет и напряжения, и токи и мощность.
В раздел документация я выложил это описание в виде PDF файла. Кстати там же можно посмотреть размеры сердечников трансформаторов и определить мощность по его габаритам, сравнив со своим. Если ваш трансформатор имеет немного больший размер, то вполне можно пересчитать, так как мощность трансформатора прямо пропорциональна его размеру.

На трансформаторе ТН61 маркировка почти не видна, но она есть 🙂

Для него есть отдельное описание, я его также выложил у себя в блоге.

Иногда трансформатор имеет маркировку, но найти по ней что либо вразумительное невозможно, увы, таблицы для таких трансформаторов большая редкость.Расчет габаритной мощности трансформатора: cxema.org - Расчёт габаритной мощности трансформатора

4. Расчет мощности по диаметру провода.
Если никаких данных нет, то можно определить мощность исходя из диаметра проводов обмоток.
Можно измерить первичную обмотку, но иногда она бывает недоступна.

В таком случае измеряем диаметр провода вторичной обмотки.
В примере диаметр составляет 1.5мм.
Дальше все просто, сначала узнаем сечение провода.
1.5 делим на 2, получаем 0.75, это радиус.
0.75 умножаем на 0.75, а получившийся результат умножаем на 3.14 (число пи), получаем сечение провода = 1.76мм.кв

Значение плотности тока принято принимать равным 2.5 Ампера на 1мм.кв. В нашем случае 1.76 умножаем на 2.5 и получаем 4.4 Ампера.
Так как трансформатор рассчитан на выходное напряжение 12 Вольт, это мы знаем, а если не знаем, то можем измерить тестером, то 4.4 умножаем на 12, получаем 52.8 Ватта.
На бумажке указана мощность 60 Ватт, но сейчас часто мотают трансформаторы с заниженным сечением обмоток, потому по ольшому счету все сходится.Расчет габаритной мощности трансформатора: cxema.org - Расчёт габаритной мощности трансформатора

Иногда на трансформаторе бывает написано не только количество витков обмоток, а и диаметр провода. но к этому стоит относиться скептически, так как наклейки могут ошибаться.

В этом примере я сначала нашел доступный для измерения участок провода, немного поднял его так, чтобы можно было подлезть штангенциркулем.

А когда измерил, то выяснил что диаметр провода не 0.355, а 0.25мм.
Попробуем применить вариант расчета, который я приводил выше.
0.25/2=0.125
0.125х0.125х3.14=0.05мм.кв
0.05=2.5=0.122 Ампера
0.122х220 (напряжение обмотки) = 26.84 Ватта.

Кроме того вышеописанный способ отлично подходит в случаях, когда вторичных обмоток несколько и измерять каждую просто неудобно.

5. Метод обратного расчета.
В некоторых ситуациях можно использовать программу для расчета трансформаторов. В этих программах есть довольно большая база сердечников, а кроме того они могут считать произвольные конфигурации размеров исходя из того, что мы можем измерить.Расчет габаритной мощности трансформатора: cxema.org - Расчёт габаритной мощности трансформатора
Я использую программу Trans50Hz.

Сначала выбираем тип сердечника. в основном это варианты кольцевой, Ш-образный ленточный и Ш-образный из пластин.

Слева направо — Кольцевой, ШЛ, Ш.
В моем примере я буду измерять вариант ШЛ, но таким же способом можно выяснить мощность и других типов трансформаторов.

Шаг 1, измеряем ширину боковой части магнитопровода.

Заносим измеренное значение в программу.

Шаг 2, ширина магнитопровода.

Также заносим в программу.

Шаг 3, ширина окна.
Здесь есть два варианта. Если есть доступ к окну, то просто измеряем его.

Если доступа нет, то измеряем общий размер, затем вычитаем четырехкратное значение, полученное в шаге 1, а остаток делим на 2.
Пример — общая ширина 80мм, в шаге 1 было 10мм, значит из 80 вычитаем 40. Осталось еще 40, делим на 2 и получаем 20, это и есть ширина окна.

Вводим значение.

Шаг 4, длина окна.
По сути это длина каркаса под провод, часто его можно измерить без проблем.Расчет габаритной мощности трансформатора: cxema.org - Расчёт габаритной мощности трансформатора

Также вводим это значение.

После этого нажимаем на кнопку — Расчет.

И получаем сообщение об ошибке.

Дело в том, что в программе изначально были заданы значения для расчета мощного трансформатора.
Находим выделенный пункт и меняем его значение на такое, чтобы мощность (напряжение умноженное на ток) не превысило нашу ориентировочную габаритную мощность.
Можно туда вбить хоть 1 Вольт и 1 Ампер, это неважно, я выставил 5 Вольт.

Заново нажимаем на кнопку Расчет и получаем искомое, в данном случае программа посчитала, что мощность нашего магнитопровода составляет 27.88 Ватта..
Полученные данные примерно сходятся с расчетом по диаметру провода, тогда я получил 26.84 Ватта, значит метод вполне работает.

5. Измерение максимальной температуры.
Обычные (железные) трансформаторы в работе не должны нагреваться выше 60 градусов, это можно использовать и в расчете мощности.
Но здесь есть исключения, например трансформатор блока бесперебойного питания может иметь большую мощность при скромных габаритах, это обусловлено тем, что работает он кратковременно и он раньше отключится, чем перегреется.Расчет габаритной мощности трансформатора: cxema.org - Расчёт габаритной мощности трансформатора Например в таком варианте его мощность может быть 600 Ватт, а при длительной работе всего 400.
Еще есть китайские производители, которые бывает используют в дешевых адаптерах трансформаторы «маломерки», которые греются как печки, это ненормально, часто реальная мощность трансформатора может быть в 1.2-1.5 раза меньше заявленной.

Чтобы измерить мощность вышеуказанным способом, берем любую нагрузку, лампочки, резисторы и т.п. Как вариант, можно использовать электронную нагрузку, но в этом случае подключаем ее через диодный мост с фильтрующим конденсатором.
Ждем примерно с час, если температура не превысила 60, то увеличиваем нагрузку. Дальше думаю процедура понятна.
Есть правда небольшая оговорка, температура трансформатора может заметно отличаться в зависимости от того, есть ли корпус и насколько он большой, но зато дает весьма точный результат. Единственный минус, тест очень долгий.

Подобные трансформаторы я использую в последние 10-15 лет крайне редко, потому они лежат где нибудь на дальних полках балкона и когда искал, наткнулся на весьма любопытные индикаторы, ИН-13.Расчет габаритной мощности трансформатора: cxema.org - Расчёт габаритной мощности трансформатора Покупал для индикатора уровня в усилитель, но так и забросил в итоге. Теперь вот нашел и думаю, что из них можно сделать, возможно у вас есть идеи и предложения. В случае интересной идеи, попробую сделать и показать процесс в виде обзора.

На этом все, а в качестве дополнения видео по определению габаритной мощности трансформатора.

Как узнать мощность трансформатора по габаритам

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

Чем дешевле трансформатор, тем ниже его относительная габаритная мощность.Расчет габаритной мощности трансформатора: cxema.org - Расчёт габаритной мощности трансформатора
Конечно, можно путём экспериментов и расчетов определить максимальную мощность трансформатора с высокой точностью, но смысла большого в этом нет, так как при изготовлении трансформатора, всё это уже учтено и отражено в количестве витков первичной обмотки.

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

P = B * S² / 1,69

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

расчет мощности трансформатора по габаритам

Пример:

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

S = 2,5 * 2,5 = 6,25 см²

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

P = 1,5 * 6,25² / 1,69 = 35 Ватт

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

S = ²√ (P * 1,69 / B)

Пример:

Нужно вычислить сечение броневого штампованного магнитопровода для изготовления трансформатора мощностью 50 Ватт.Расчет габаритной мощности трансформатора: cxema.org - Расчёт габаритной мощности трансформатора

S = ²√ (50 * 1,69 / 1,3) = 8см²

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

Максимальные ориентировочные значения индукции

Тип магнитопроводаМагнитная индукция мах (Тл) при мощности трансформатора (Вт)
5-1010-5050-150150-300300-1000
Броневой штампованный1,21,31,351,351,3
Броневой витой1,551,651,651,651,6
Кольцевой витой1,71,71,71,651,6

Видео: Как определить мощность трансформатора, несколько способов

Описание нескольких способов определения мощности 50 Гц трансформаторов.Расчет габаритной мощности трансформатора: cxema.org - Расчёт габаритной мощности трансформатора

Поделиться ссылкой:

Кликните на звездочку чтобы выставить рейтинг страницы

[Total: 0 Average: 0]

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.Расчет габаритной мощности трансформатора: cxema.org - Расчёт габаритной мощности трансформатора

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)).Расчет габаритной мощности трансформатора: cxema.org - Расчёт габаритной мощности трансформатора 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.Расчет габаритной мощности трансформатора: cxema.org - Расчёт габаритной мощности трансформатора

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.Расчет габаритной мощности трансформатора: cxema.org - Расчёт габаритной мощности трансформатора 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.Расчет габаритной мощности трансформатора: cxema.org - Расчёт габаритной мощности трансформатора

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.Расчет габаритной мощности трансформатора: cxema.org - Расчёт габаритной мощности трансформатора

Магнитные усилители (МУ)

Расчет трансформатора

Трансформаторы используются в блоках питания различной аппаратуры для преобразования переменного напряжения. Блоки питания, собранные по трансформаторной схеме, постепенно снижают распространенность благодаря тому, что современная схемотехника позволяет понизить напряжение без самого громоздкого и тяжелого элемента системы питания. Трансформаторы для блока питания актуальны в тех случаях, когда габариты и масса не критичны, а требования к безопасности велики. Обмотки (кроме автотрансформатора) осуществляют гальваническое разделение и изоляцию цепей первичного (или сетевого) и вторичного (выходного) напряжений.

Трансформатор

Принцип действия и разновидности трансформаторов

Работа устройства основана на всем известном явлении электромагнитной индукции. Переменный ток, проходящий через провод первичной обмотки, наводит переменный магнитный поток в стальном сердечнике, а он, в свою очередь, вызывает появление напряжения индукции в проводе вторичных обмоток.Расчет габаритной мощности трансформатора: cxema.org - Расчёт габаритной мощности трансформатора

Совершенствование трансформатора с момента его изобретения сводится к выбору материала и конструкции сердечника (магнитопровода).

Типы сердечников

Металл для магнитопровода должен иметь определенные технические характеристики, поэтому были разработаны специальные сплавы на основе железа и особая технология производства.

Для изготовления трансформаторов наибольшее распространение получили следующие типы магнитопроводов:

  • броневые;
  • стержневые;
  • кольцевые.

Силовой трансформатор низкой частоты, как понижающий, так и повышающий, имеет сердечник из отдельных пластин трансформаторного железа. Такая конструкция выбрана из соображения минимизации потерь из-за образования вихревых токов в сердечнике, которые нагревают его и снижают КПД трансформатора.

Броневые сердечники наиболее часто выполняются из Ш-образных пластин. Стержневые магнитопроводы могут изготавливаться из П-образных, Г-образных или прямых пластин.

Кольцевые магнитопроводы выполняются из тонкой ленты трансформаторной стали,  намотанной на оправку и скрепленной клеящим составом.Расчет габаритной мощности трансформатора: cxema.org - Расчёт габаритной мощности трансформатора

Из ленты также могут выполняться броневые и стержневые сердечники, причем такая технология наиболее часто встречается у маломощных устройств.

Виды магнитопроводов

Ниже приведена методика расчета трансформатора, где показано:

  • как рассчитать мощность трансформатора;
  • как выбрать сердечник;
  • как определить количество витков и сечение (диаметр) проводов обмоток;
  • как собрать и проверить готовую конструкцию.

Исходные данные, необходимые для расчета

Расчет сетевого трансформатора начинается с определения его полной мощности. Поэтому, перед тем, как рассчитать трансформатор, нужно определиться с мощностью потребления всех, без исключения, вторичных обмоток. Согласно мощности выбирается сечение сердечника. Опять же, от мощности определенным образом зависит и КПД. Чем больше полная мощность, тем выше КПД. Принято в расчетах ориентироваться на такие значения:

  • до 50 Вт – КПД 0.6;
  • от 50 Вт до 100 Вт – КПД 0.7;
  • от 100 Вт до 150 Вт – КПД 0.Расчет габаритной мощности трансформатора: cxema.org - Расчёт габаритной мощности трансформатора 8;
  • выше 150 Вт – КПД 0.85.

Количество витков сетевой и вторичной обмоток рассчитывается уже после выбора магнитопровода. Диаметр или поперечное сечение проводов каждой обмотки определяется на основании протекающих через них токов.

Выбор магнитопровода сердечника

Минимальное сечение сердечника в см2 определяется из габаритной мощности. Габаритная мощность трансформатора – это суммарная полная мощность всех вторичных обмоток с учетом КПД.

Итак, мощность трансформатора можно определить, это полная суммарная мощность всех вторичных обмоток:

Умножая полученное значение на КПД, завершаем расчет габаритной мощности.

Определение площади стержня сердечника производится после того, как произведен расчет габаритной мощности трансформатора из такого выражения:

S=√P.

Зная площадь сечения центрального стержня магнитопровода, можно подбирать нужный из готовых вариантов.

Важно! Сердечник, на котором будут располагаться обмотки, должен иметь, по возможности, сечение, как можно более близкое к квадрату.Расчет габаритной мощности трансформатора: cxema.org - Расчёт габаритной мощности трансформатора Площадь сечения должна быть равной или несколько больше расчетного значения.

Качество работы и технологичность сборки также зависит от формы магнитопровода. Наилучшим качеством обладают конструкции, выполненные на кольцевом магнитопроводе (тороидальные). Их отличает максимальный КПД для заданной мощности, наименьший ток холостого хода и минимальный вес. Основная сложность заключается в выполнении обмоток, которые в домашних условиях приходится мотать исключительно вручную при помощи челнока.

Проще всего делать трансформаторы на разрезных ленточных магнитопроводах типа ШЛ (Ш-образный) или ПЛ (П-образный). Как пример, можно привести мощный трансформатор блока питания старого цветного телевизора.

Трансформатор телевизора УЛПЦТИ

Трансформаторы старого времени выпуска или современные дешевые выполнены с использованием отдельных Ш,- или П-образных пластин. Технологичность выполнения обмоток у них такая же, как у ленточных разрезных, но трудность состоит в сборке магнитопровода.Расчет габаритной мощности трансформатора: cxema.org - Расчёт габаритной мощности трансформатора Такие устройства практически всегда будут иметь повышенный ток холостого хода, особенно, если используемое железо низкого качества.

Расчет количества витков и диаметра проводов

Расчет трансформатора начинается с определения необходимого количества витков обмоток на 1 В напряжения. Найденное значение будет одинаковым для любых обмоток. Для собственных целей можно применить упрощенный метод расчета. Посчитать, сколько надо витков на 1 В можно, подставив площадь сечения стержня магнитопровода в см2 в формулу:

где k – коэффициент, зависящий от формы магнитопровода и его материала.

На практике с достаточной точностью приняты следующие значения коэффициента:

  • 60 – для магнитопровода из Ш,- и П-образных пластин;
  • 50 – для ленточных магнитопроводов;
  • 40 – для тороидальных трансформаторов.

Большие значения связаны с невозможностью плотного заполнения сердечника отдельными металлическими пластинами. Как видно, наименьшее количество витков будет иметь тороидальный трансформатор, отсюда и выигрыш в массе изделия.Расчет габаритной мощности трансформатора: cxema.org - Расчёт габаритной мощности трансформатора

Зная, сколько витков нужно на 1 В, можно легко узнать количество витков каждой из обмоток:

где U – значение напряжения холостого хода на обмотке.

У маломощных трансформаторов (до 50 Вт) нужно получившееся количество витков первичной обмотки увеличить на 5%. Таким образом, компенсируется падение напряжения, которое возникает на обмотке под нагрузкой (в понижающих трансформаторах первичная обмотка всегда имеет большее количество витков, чем вторичные).

Диаметр провода рассчитываем с учетом минимизации нагрева вследствие протекания тока. Ориентировочным значением считается плотность тока в обмотках 3-7 А на каждый мм2 провода. На практике расчет диаметра проводов обмоток можно упростить, используя простые формулы, что дает допустимые значения в большинстве случаев:

Меньшее значение применяется для расчета диаметров проводов вторичных обмоток, поскольку у понижающего трансформатора они располагаются ближе к поверхности и имеют лучшее охлаждение.

Зная расчетное значение диаметра обмоточных проводов, нужно выбрать из имеющихся такие, диаметр которых наиболее близок к расчетному, но не менее.Расчет габаритной мощности трансформатора: cxema.org - Расчёт габаритной мощности трансформатора

После определения количества витков во всех обмотках, расчет обмоток трансформатора не лишним будет дополнить проверкой, поместятся ли обмотки в окно магнитопровода. Для этого подсчитайте коэффициент заполнения окна:

Для тороидальных сердечников c внутренним диаметром D формула имеет вид:

Для Ш,- и П-образных магнитопроводов коэффициент не должен превышать 0.3. Если это значение больше, то разместить обмотку не получится.

Тороидальный трансформатор

Выходом из ситуации будет выбор сердечника с большим сечением, но это если позволяют габариты конструкции. В крайнем случае, можно уменьшить количество витков одновременно во всех обмотках, но не более чем на 5%. Несколько возрастет ток холостого хода, и не избежать повышенного нагрева обмоток, но в большинстве случаев это не критично. Также можно немного уменьшить провода по сечению, увеличив тем самым плотность тока в обмотках.

Важно! Увлекаться увеличением плотности тока нельзя, поскольку это вызовет сильный рост нагрева и, как следствие, нарушение изоляции и перегорание обмоток.Расчет габаритной мощности трансформатора: cxema.org - Расчёт габаритной мощности трансформатора

Изготовление обмоток

Намотка провода обмотки трансформатора производится на каркас, изготовленный из плотного картона или текстолита, за исключением тороидальных сердечников, в которых обмотка ведется непосредственно на магнитопровод, который перед намоткой нужно тщательно заизолировать. Можно использовать готовый пластиковый, который продается вместе с магнитопроводом.

Сборный каркас обмотки

Пластиковый каркас

Между отдельными обмотками нужно прокладывать межобмоточную изоляцию. Важнее всего – хорошо заизолировать вторичную обмотку от первичной. В качестве изоляции можно использовать трансформаторную бумагу, лакоткань, фторопластовую ленту. Ленту из фторопласта нужно использовать с осторожностью. Несмотря на высочайшие электроизоляционные качества, тонкая лента фторопласта под действием натяжения или давления (особенно межу первичной и вторичной обмотками) способна «потечь» и обнажить отдельные витки обмотки. Особенно этим страдает лента для уплотнения сантехнических изделий.Расчет габаритной мощности трансформатора: cxema.org - Расчёт габаритной мощности трансформатора

Фторопластовая лента

В отдельных, ответственных случаях, в процессе намотки можно пропитать первичную обмотку (если трансформатор понижающий) изоляционным лаком. Пропитка готового устройства в домашних условиях эффекта почти не даст, поскольку лак не попадет в глубину обмотки. Для этих целей на производствах существует аппаратура вакуумной пропитки.

Выводы обмоток делаются отрезками гибкого изолированного провода для проводов, диаметр которых менее 0.5 мм. Более толстый провод можно выводить напрямую. Места пайки гибкого и обмоточного проводов нужно дополнительно проложить несколькими слоями изоляции.

Обратите внимание! При пайке выводов нельзя оставлять на месте спайки острые концы проводов или застывшего припоя. Такие места нужно аккуратно обрезать бокорезами.

Сборка трансформатора

При сборке нужно учитывать следующие нюансы:

  1. Пакет сердечника должен собираться плотно, без щелей и зазоров;
  2. Отдельные части ленточного магнитопровода подогнаны друг к другу, поэтому менять местами их нельзя.Расчет габаритной мощности трансформатора: cxema.org - Расчёт габаритной мощности трансформатора Требуется аккуратность, поскольку при отслоении отдельных лент их невозможно будет установить на место;
  3. Деформированные пластины сборного сердечника нельзя выравнивать молотком – трансформаторная сталь теряет свои свойства при механических нагрузках;
  4. Пакет пластин сборного сердечника должен быть собран максимально плотно, поскольку при работе рыхлого сердечника будет издаваться сильный гул, увеличивающийся при нагрузке;
  5. Весь пакет сердечника любого типа нужно плотно стянуть по той же причине.

Обратите внимание! Качество сборки будет лучше, если торцы ленточного разрезного сердечника перед сборкой покрыть лаком. Также готовый собранный сердечник перед окончательной утяжкой можно покрыть лаком.

При этом можно добиться значительного понижения постороннего звука.

Проверка готового трансформатора заключается в измерении тока холостого хода и напряжения обмоток под номинальной нагрузкой и на нагрев при максимальной нагрузке. Все измерения рассчитанного и собранного трансформатора нужно проводить только после полной сборки, поскольку с незатянутым сердечником ток холостого хода может быть больше обычного в несколько раз.Расчет габаритной мощности трансформатора: cxema.org - Расчёт габаритной мощности трансформатора

Ток холостого хода сильно различается в трансформаторах различных типов и составляет от 10 мА для тороидальных трансформаторов, до 200 мА – с Ш-образным сердечником из низкокачественного трансформаторного железа.

Измерение холостого тока

Приведен расчет трансформатора, который при наличии навыков можно произвести за пару десятков минут. Для тех, кто сомневается в своих силах или боится сделать ошибку, расчет силового трансформатора можно выполнить, используя калькулятор для расчета, который может работать как в off-line, так и в on-line режимах. Согласно данной методике возможна перемотка перегоревшего трансформатора. Для неисправного трансформатора расчет также ведется от имеющегося сердечника и значения напряжения вторичных обмоток.

Видео

Оцените статью:

Как рассчитать трансформатор, количество витков намотки на вольт.

Расчет габаритной мощности трансформатора: cxema.org - Расчёт габаритной мощности трансформатора Габаритная мощность трансформатора. Диаметр провода обмотки.

В раздел: Советы → Расcчитать силовой трансформатор

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

Формула для расчета витков трансформатора

50/S

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

   50/S — это эмпирическая формула, где S — площадь сердечника трансформатора в см2 (ширину х толщину), считается, что она справедлива до мощности порядка 1кВт.
   Измерив площадь сердечника, прикидываем сколько надо витков намотать на 10 вольт, если это не очень трудно, не разбирая трансформатора наматываем контрольную обмотку через свободное пространство (щель). Подключаем лабораторный автотрансформатор к первичной обмотке и подаёте на неё напряжение, последовательно включаем контрольный амперметр, постепенно повышаем напряжение ЛАТР-ом, до начала появления тока холостого хода.
   Если вы планируете намотать трансформатор с достаточно «жёсткой» характеристикой, к примеру, это может быть усилитель мощности передатчика в режиме SSB, телеграфном, где происходят довольно резкие броски тока нагрузки при высоком напряжении ( 2500 -3000 в), например, тогда ток холостого хода трансформатора устанавливаем порядка 10% от максимального тока, при максимальной нагрузке трансформатора.Расчет габаритной мощности трансформатора: cxema.org - Расчёт габаритной мощности трансформатора Замерив полученное напряжение, намотанной вторичной контрольной обмотки, делаем расчет количества витков на вольт.
Пример: входное напряжение 220вольт, измеренное напряжение вторичной обмотки 7,8 вольта, количество витков 14.

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

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

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

1. Определяют значение тока, протекающего через вторичную обмотку трансформатора:
I2 = 1,5 Iн,
где: I2 — ток через обмотку II трансформатора, А;
Iн — максимальный ток нагрузки, А.
2. Определяем мощность, потребляемую выпрямителем от вторичной обмотки трансформатора:
P2 = U2 * I2,
где: P2 — максимальная мощность, потребляемая от вторичной обмотки, Вт;
U2 — напряжение на вторичной обмотке, В;
I2 — максимальный ток через вторичную обмотку трансформатора, А.
3. Подсчитываем мощность трансформатора:
Pтр = 1,25 P2,
где: Pтр — мощность трансформатора, Вт;
P2 — максимальная мощность, потребляемая от вторичной обмотки трансформатора, Вт.
Если трансформатор должен иметь несколько вторичных обмоток, то сначала подсчитывают их суммарную мощность, а затем мощность самого трансформатора.
4. Определяют значение тока, текущего в первичной обмотке:
I1 = Pтр / U1,
где: I1 — ток через обмотку I, А;
Ртр — подсчитанная мощность трансформатора, Вт;
U1 — напряжение на первичной обмотке трансформатора (сетевое напряжение).
5. Рассчитываем необходимую площадь сечения сердечника магнитопровода:
S = 1,3 Pтр,
где: S — сечение сердечника магнитопровода, см2;
Ртр — мощность трансформатора, Вт.
6. Определяем число витков первичной (сетевой) обмотки:
w1 = 50 U1 / S,
где: w1 — число витков обмотки;
U1 — напряжение на первичной обмотке, В;
S — сечение сердечника магнитопровода, см2.
7. Подсчитывают число витков вторичной обмотки:
w2 = 55 U2 / S,
где: w2 — число витков вторичной обмотки;
U2 — напряжение на вторичной обмотке, В;
S-сечение сердечника магнитопровода, см2.
8. Высчитываем диаметр проводов обмоток трансформатора:
d = 0,02 I,
где: d-диаметр провода, мм;
I-ток через обмотку, мА.

Ориентировочный диаметр провода для намотки обмоток трансформатора в таблице 1.

Таблица 1
Iобм, ma<2525 — 6060 — 100100 — 160160 — 250250 — 400400 — 700700 — 1000
d, мм0,10,150,20,250,30,40,50,6

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

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

Если вы располагаете достаточно распространенным железом — трансформатор ОСМ-0,63 У3 и им подобным, можно его перемотать?
Расшифровка обозначений ОСМ: О — однофазный, С — сухой, М — многоцелевого назначения.
По техническим характеристикам он не подходит в для включения однофазную сеть 220 вольт т.к. рассчитан на напряжение первичной обмотки 380 вольт.
Что же в этом случае делать?
Имеется два пути решения.
1. Смотать все обмотки и намотать заново.
2. Смотать только вторичные обмотки и оставить первичную обмотку, но так как она рассчитана на 380В, то с нее необходимо смотать только часть обмотки оставив на напряжение 220в.
При сматывании первичной обмотки получается примерно 440 витков (380В) когда сердечник Ш-образной формы, а когда сердечник трансформатора ОСМ намотан на ШЛ данные другие — количество витков меньше.
Данные первичных обмоток на 220в трансформаторов ОСМ Минского электротехнического завода 1980 год.

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

ОСМ 1,0 (мощность 1 кВт), вес 14,4кг. Сердечник 50х80мм. Iхх-300ма

Подключение обмоток трансформаторов ТПП

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

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

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

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

Соединение обмоток отдельных трансформаторов

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

Как выбрать габаритную мощность трансформатора?

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

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

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

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

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

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

РАСЧЕТ СИЛОВОГО ТРАНСФОРМАТОРА



силовой
трансформатор   радиотехнические
расчеты    радио калькулятор












       
РАСЧЕТ СИЛОВОГО
ТРАНСФОРМАТОРА






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






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






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






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






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






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











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






S
окна = h*b






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











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






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






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






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

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






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









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





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

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






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






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






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











Пользование
табличкой, думаю, не составит трудностей…






Расчет тороидального сетевого
трансформатора






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




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




Плотность тока принимаем 3,5 А/мм2




Коэффициент заполнения сердечника сталью принимаем 0,95




Коэффициент заполнения окна принимаем 0,45




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

Р=1.9 * Sc * So











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




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






Диаметр провода всех обмоток
расчитываем по формулам






— для меди    






— для алюминия




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 подается на трансформатор.
В p : Напряжение на первичной стороне.
I p : Ток первичной стороны.
P s : Питание вторичной стороны подается на трансформатор.
I с : Ток вторичной обмотки.
R с : Сопротивление нагрузки вторичной стороны.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

Следует учитывать, что трансформаторы работают иначе, чем индукторы.Идеалистический 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 на своей номинальной частоте, когда вторичная сторона разомкнута.

трансформаторов | Физика

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

  • Объясните, как работает трансформатор.
  • Рассчитайте напряжение, ток и / или количество витков с учетом других величин.

Трансформаторы делают то, что подразумевает их название — они преобразуют напряжения из одного значения в другое (используется термин напряжение, а не ЭДС, потому что трансформаторы имеют внутреннее сопротивление). Например, многие сотовые телефоны, ноутбуки, видеоигры, электроинструменты и небольшие приборы имеют встроенный трансформатор (как на рис. 1), который преобразует 120 В или 240 В переменного тока в любое напряжение, используемое устройством.Трансформаторы также используются в нескольких точках систем распределения электроэнергии, например, как показано на рисунке 2. Мощность передается на большие расстояния при высоком напряжении, потому что для данного количества мощности требуется меньший ток, а это означает меньшие потери в линии, как это было раньше. обсуждалось ранее. Но высокое напряжение представляет большую опасность, поэтому трансформаторы используются для получения более низкого напряжения в месте нахождения пользователя.

Рис. 1. Подключаемый трансформатор становится все более знакомым с ростом количества электронных устройств, которые работают от напряжения, отличного от обычных 120 В переменного тока.Большинство из них находятся в диапазоне от 3 до 12 В. (кредит: Shop Xtreme)

Рисунок 2. Трансформаторы изменяют напряжение в нескольких точках системы распределения электроэнергии. Электроэнергия обычно вырабатывается при напряжении более 10 кВ и передается на большие расстояния при напряжениях более 200 кВ, иногда даже 700 кВ, для ограничения потерь энергии. Распределение электроэнергии по районам или промышленным предприятиям осуществляется через подстанцию ​​и передается на короткие расстояния с напряжением от 5 до 13 кВ. Оно снижено до 120, 240 или 480 В для безопасности на месте отдельного пользователя.

Тип трансформатора, рассматриваемый в этом тексте (см. Рисунок 3), основан на законе индукции Фарадея и очень похож по конструкции на устройство Фарадея, которое использовалось для демонстрации того, что магнитные поля могут вызывать токи. Две катушки называются первичной и вторичной катушками. При нормальном использовании входное напряжение подается на первичную обмотку, а вторичная обмотка создает преобразованное выходное напряжение. Мало того, что железный сердечник улавливает магнитное поле, создаваемое первичной катушкой, его намагниченность увеличивает напряженность поля.Поскольку входное напряжение переменного тока, изменяющийся во времени магнитный поток направляется во вторичную обмотку, вызывая ее выходное переменное напряжение.

Рис. 3. Типичная конструкция простого трансформатора имеет две катушки, намотанные на ферромагнитный сердечник, ламинированный для минимизации вихревых токов. Магнитное поле, создаваемое первичной обмоткой, в основном ограничивается и увеличивается сердечником, который передает его вторичной обмотке. Любое изменение тока в первичной обмотке вызывает ток во вторичной обмотке.

Для простого трансформатора, показанного на рисунке 3, выходное напряжение V s почти полностью зависит от входного напряжения V p и соотношения количества витков в первичной и вторичной катушках.Закон индукции Фарадея для вторичной обмотки дает ее индуцированное выходное напряжение V с равным

.

[латекс] {V} _ {\ text {s}} = — {N} _ {\ text {s}} \ frac {\ Delta \ Phi} {\ Delta t} \\ [/ latex],

, где N s — количество витков вторичной катушки, а ΔΦ / Δt — скорость изменения магнитного потока. Обратите внимание, что выходное напряжение равно индуцированной ЭДС (В с = ЭДС с ), при условии, что сопротивление катушки невелико (разумное предположение для трансформаторов). Площадь поперечного сечения катушек одинакова с обеих сторон, как и напряженность магнитного поля, поэтому ΔΦ / Δt одинаковы с обеих сторон.Входное первичное напряжение V p также связано с изменением магнитного потока на

[латекс] {V} _ {p} = — {N} _ {\ text {p}} \ frac {\ Delta \ Phi} {\ Delta t} \\ [/ latex].

Причина этого немного более тонкая. Закон Ленца говорит нам, что первичная катушка противодействует изменению магнитного потока, вызванному входным напряжением V p , отсюда и знак минус (это пример самоиндукции, тема, которая будет более подробно исследована в следующих разделах). Предполагая пренебрежимо малое сопротивление катушки, правило петли Кирхгофа говорит нам, что наведенная ЭДС в точности равна входному напряжению.Соотношение этих двух последних уравнений дает полезное соотношение:

[латекс] \ frac {{V} _ {\ text {s}}} {{V} _ {\ text {p}}} = \ frac {{N} _ {\ text {s}}} {{ N} _ {\ text {p}}} \\ [/ latex]

Это известно как уравнение трансформатора, и оно просто устанавливает, что отношение вторичного напряжения к первичному в трансформаторе равно отношению количества петель в их катушках. Выходное напряжение трансформатора может быть меньше, больше или равно входному напряжению, в зависимости от соотношения количества витков в их катушках.Некоторые трансформаторы даже обеспечивают переменный выход, позволяя выполнять подключение в разных точках вторичной обмотки. Повышающий трансформатор — это трансформатор, который увеличивает напряжение, тогда как понижающий трансформатор снижает напряжение. Если предположить, что сопротивление незначительно, выходная электрическая мощность трансформатора равна его входной. На практике это почти верно — КПД трансформатора часто превышает 99%. Уравнивание входной и выходной мощности,

P p = I p V p = I с V с = P с .

Перестановка терминов дает

[латекс] \ frac {{V} _ {\ text {s}}} {{V} _ {\ text {p}}} = \ frac {{I} _ {\ text {p}}} {{ I} _ {\ text {s}}} \\ [/ latex].

В сочетании с [латексом] \ frac {{V} _ {\ text {s}}} {{V} _ {\ text {p}}} = \ frac {{N} _ {\ text {s}} } {{N} _ {\ text {p}}} \\ [/ latex], мы находим, что

[латекс] \ frac {{I} _ {\ text {s}}} {{I} _ {\ text {p}}} = \ frac {{N} _ {\ text {p}}} {{ N} _ {\ text {s}}} \\ [/ latex]

— это соотношение между выходным и входным токами трансформатора. Таким образом, если напряжение увеличивается, ток уменьшается.И наоборот, если напряжение уменьшается, ток увеличивается.

Пример 1. Расчет характеристик повышающего трансформатора

Портативный рентгеновский аппарат имеет повышающий трансформатор, входное напряжение которого 120 В преобразуется в выходное напряжение 100 кВ, необходимое для рентгеновской трубки. Первичная обмотка имеет 50 петель и потребляет ток 10,00 А. а) Какое количество петель во вторичной обмотке? (b) Найдите текущий выходной сигнал вторичной обмотки.

Стратегия и решение для (а)

Решаем [латекс] \ frac {{V} _ {\ text {s}}} {{V} _ {\ text {p}}} = \ frac {{N} _ {\ text {s}}} {{N} _ {\ text {p}}} \\ [/ latex] для [latex] {N} _ {\ text {s}} \\ [/ latex] для N s , количество петель во вторичном и введите известные значения.{4} \ end {array} \\ [/ latex].

Обсуждение для (а)

Для создания такого большого напряжения требуется большое количество контуров во вторичной обмотке (по сравнению с первичной). Это справедливо для трансформаторов с неоновой вывеской и трансформаторов, подающих высокое напряжение внутри телевизоров и электронно-лучевых трубок.

Стратегия и решение для (b)

Аналогичным образом мы можем найти выходной ток вторичной обмотки, решив [latex] \ frac {{I} _ {\ text {s}}} {{I} _ {\ text {p}}} = \ frac {{N } _ {\ text {p}}} {{N} _ {\ text {s}}} \\ [/ latex] для [латекса] {I} _ {\ text {s}} \\ [/ latex] для I с и ввод известных значений.{4}} = 12,0 \ text {mA} \ end {array} \\ [/ latex].

Обсуждение для (б)

Как и ожидалось, текущий выход значительно меньше входного. В некоторых зрелищных демонстрациях используются очень большие напряжения для получения длинных дуг, но они относительно безопасны, поскольку выход трансформатора не обеспечивает большой ток. Обратите внимание, что потребляемая мощность здесь составляет P p = I p V p = (10,00 A) (120 В) = 1,20 кВт. Это равно выходной мощности P p = I с В с = (12.0 мА) (100 кВ) = 1,20 кВт, как мы предполагали при выводе используемых уравнений.

Тот факт, что трансформаторы основаны на законе индукции Фарадея, проясняет, почему мы не можем использовать трансформаторы для изменения постоянного напряжения. Если нет изменений в первичном напряжении, значит, во вторичной обмотке нет индуцированного напряжения. Одна из возможностей — подключить постоянный ток к первичной катушке через переключатель. Когда переключатель размыкается и замыкается, вторичная обмотка вырабатывает напряжение, подобное показанному на рисунке 4. На самом деле это не практичная альтернатива, и переменный ток обычно используется везде, где необходимо увеличивать или уменьшать напряжения.

Рис. 4. Трансформаторы не работают для входа чистого постоянного напряжения, но если он включается и выключается, как показано на верхнем графике, выход будет выглядеть примерно так, как показано на нижнем графике. Это не тот синусоидальный переменный ток, который нужен большинству устройств переменного тока.

Пример 2. Расчет характеристик понижающего трансформатора

Зарядное устройство, предназначенное для последовательного соединения десяти никель-кадмиевых аккумуляторов (общая ЭДС 12,5 В постоянного тока), должно иметь выход 15,0 В для зарядки аккумуляторов.В нем используется понижающий трансформатор с первичной обмоткой на 200 контуров и входным напряжением 120 В. а) Сколько витков должно быть во вторичной катушке? (б) Если ток зарядки составляет 16,0 А, каков ток на входе?

Стратегия и решение для (а)

Можно ожидать, что вторичный узел будет иметь небольшое количество петель. Решение [латекс] \ frac {{V} _ {\ text {s}}} {{V} _ {\ text {p}}} = \ frac {{N} _ {\ text {s}}} {{ N} _ {\ text {p}}} \\ [/ latex] для [latex] {N} _ {\ text {s}} \\ [/ latex] для N s и ввод известных значений дает

[латекс] \ begin {array} {lll} {N} _ {\ text {s}} & = & {N} _ {\ text {p}} \ frac {{V} _ {\ text {s} }} {{V} _ {\ text {p}}} \\ & = & \ left (\ text {200} \ right) \ frac {15.0 \ text {V}} {120 \ text {V}} = 25 \ end {array} \\ [/ latex]

Стратегия и решение для (b)

Текущий ввод может быть получен путем решения [latex] \ frac {{I} _ {\ text {s}}} {{I} _ {\ text {p}}} = \ frac {{N} _ {\ текст {p}}} {{N} _ {\ text {s}}} \\ [/ latex] для I p и ввод известных значений. Это дает

[латекс] \ begin {array} {lll} {I} _ {\ text {p}} & = & {I} _ {\ text {s}} \ frac {{N} _ {\ text {s} }} {{N} _ {\ text {p}}} \\ & = & \ left (16.0 \ text {A} \ right) \ frac {25} {200} = 2,00 \ text {A} \ end { массив} \\ [/ latex]

Обсуждение

Количество витков во вторичной обмотке невелико, как и ожидалось для понижающего трансформатора.Мы также видим, что небольшой входной ток дает больший выходной ток в понижающем трансформаторе. Когда трансформаторы используются для управления большими магнитами, они иногда имеют небольшое количество очень тяжелых контуров во вторичной обмотке. Это позволяет вторичной обмотке иметь низкое внутреннее сопротивление и производить большие токи. Заметим еще раз, что это решение основано на предположении о 100% КПД — или выходная мощность равна входной мощности (P p = P s ), что является разумным для хороших трансформаторов. В этом случае первичная и вторичная мощность составляют 240 Вт.(Убедитесь в этом сами для проверки целостности.) Обратите внимание, что никель-кадмиевые батареи необходимо заряжать от источника постоянного тока (как и аккумулятор на 12 В). Таким образом, выход переменного тока вторичной катушки необходимо преобразовать в постоянный ток. Это делается с помощью так называемого выпрямителя, в котором используются устройства, называемые диодами, которые пропускают только односторонний ток.

Трансформаторы

находят множество применений в системах электробезопасности, которые обсуждаются в разделе «Электробезопасность: системы и устройства».

Исследования PhET: Генератор

Генерируйте электричество с помощью стержневого магнита! Откройте для себя физику этих явлений, исследуя магниты и узнавая, как с их помощью загорается лампочка.

Щелкните, чтобы загрузить симуляцию. Запускать на Java.

Сводка раздела

  • Трансформаторы используют индукцию для преобразования напряжения из одного значения в другое.
  • Для трансформатора напряжения на первичной и вторичной обмотках связаны соотношением

    [латекс] \ frac {{V} _ {\ text {s}}} {{V} _ {\ text {p}}} = \ frac {{N} _ {\ text {s}}} {{ N} _ {\ text {p}}} \\ [/ latex],

    , где V p и V s — напряжения на первичной и вторичной обмотках, имеющих N p и N s витков.

  • Токи I p и I s в первичной и вторичной обмотках связаны соотношением [латекс] \ frac {{I} _ {\ text {s}}} {{I} _ {\ text {p} }} = \ frac {{N} _ {\ text {p}}} {{N} _ {\ text {s}}} \\ [/ latex].
  • Повышающий трансформатор увеличивает напряжение и снижает ток, тогда как понижающий трансформатор снижает напряжение и увеличивает ток.

Концептуальные вопросы

1. Объясните, что вызывает физические вибрации в трансформаторах при частоте, в два раза превышающей используемую мощность переменного тока.

Задачи и упражнения

1. Подключаемый трансформатор, показанный на рисунке 4, подает 9,00 В в систему видеоигр. (a) Сколько витков во вторичной обмотке, если ее входное напряжение составляет 120 В, а первичная обмотка имеет 400 витков? (б) Какой у него входной ток, когда его выход 1,30 А?

2. Американская путешественница в Новой Зеландии несет трансформатор для преобразования стандартных 240 В в Новой Зеландии в 120 В, чтобы она могла использовать в поездке небольшие электроприборы.а) Каково соотношение витков первичной и вторичной обмоток ее трансформатора? (б) Каково отношение входного тока к выходному? (c) Как новозеландец, путешествующий по Соединенным Штатам, мог использовать этот же трансформатор для питания своих устройств на 240 В от 120 В?

3. В кассетном магнитофоне используется подключаемый трансформатор для преобразования 120 В в 12,0 В с максимальным выходным током 200 мА. (а) Каков текущий ввод? б) Какая потребляемая мощность? (c) Является ли такое количество мощности приемлемым для небольшого прибора?

4.(а) Каково выходное напряжение трансформатора, используемого для аккумуляторных батарей фонарика, если его первичная обмотка имеет 500 витков, вторичная — 4 витка, а входное напряжение составляет 120 В? (b) Какой входной ток требуется для получения выходного сигнала 4,00 А? (c) Какая потребляемая мощность?

5. (a) Подключаемый трансформатор для портативного компьютера выдает 7,50 В и может обеспечивать максимальный ток 2,00 А. Каков максимальный входной ток, если входное напряжение составляет 240 В? Предположим 100% эффективность. (b) Если фактический КПД меньше 100%, потребуется ли входной ток больше или меньше? Объяснять.

6. Многоцелевой трансформатор имеет вторичную катушку с несколькими точками, в которых может быть снято напряжение, давая на выходе 5,60, 12,0 и 480 В. (a) Входное напряжение составляет 240 В на первичную катушку с 280 витками. Какое количество витков в частях вторичной обмотки используется для создания выходного напряжения? (b) Если максимальный входной ток составляет 5,00 А, каковы максимальные выходные токи (каждый из которых используется отдельно)?

7. Крупная электростанция вырабатывает электроэнергию напряжением 12,0 кВ.Его старый трансформатор когда-то преобразовывал напряжение до 335 кВ. Вторичная обмотка этого трансформатора заменяется, так что его выходная мощность может составлять 750 кВ для более эффективной передачи по пересеченной местности на модернизированных линиях электропередачи. (а) Каково соотношение оборотов в новой вторичной системе по сравнению со старой? (b) Каково отношение нового текущего выхода к старому (при 335 кВ) при той же мощности? (c) Если модернизированные линии передачи имеют одинаковое сопротивление, каково отношение потерь мощности в новых линиях к старым?

8.Если выходная мощность в предыдущей задаче составляет 1000 МВт, а сопротивление линии составляет 2,00 Ом, каковы были потери в старой и новой линии?

9. Необоснованные результаты Электроэнергия переменного тока на 335 кВ от линии электропередачи подается в первичную обмотку трансформатора. Отношение числа витков вторичной обмотки к числу витков первичной обмотки составляет N с / N p = 1000. (a) Какое напряжение индуцируется во вторичной обмотке? б) Что неразумного в этом результате? (c) Какое предположение или предпосылка ответственны?

10.Создайте свою проблему. Рассмотрим двойной трансформатор, который будет использоваться для создания очень больших напряжений. Устройство состоит из двух этапов. Первый — это трансформатор, который выдает намного большее выходное напряжение, чем его входное. Выход первого трансформатора используется как вход для второго трансформатора, который дополнительно увеличивает напряжение. Постройте задачу, в которой вы рассчитываете выходное напряжение последней ступени на основе входного напряжения первой ступени и количества витков или петель в обеих частях обоих трансформаторов (всего четыре катушки).Также рассчитайте максимальный выходной ток последней ступени на основе входного тока. Обсудите возможность потерь мощности в устройствах и их влияние на выходной ток и мощность.

Глоссарий

трансформатор:
устройство, преобразующее напряжение из одного значения в другое с помощью индукции
уравнение преобразователя:
уравнение, показывающее, что отношение вторичного напряжения к первичному в трансформаторе равно отношению количества витков в их катушках; [латекс] \ frac {{V} _ {\ text {s}}} {{V} _ {\ text {p}}} = \ frac {{N} _ {\ text {s}}} {{N} _ {\ text {p}}} \\ [/ latex]
повышающий трансформатор:
трансформатор, повышающий напряжение
понижающий трансформатор:
трансформатор, понижающий напряжение

Избранные решения проблем и упражнения

1.(а) 30.0 (б) 9.75 × 10 −2 A

3. (а) 20,0 мА (б) 2,40 Вт (в) Да, такая мощность вполне разумна для небольшого прибора.

5. (a) 0,063 A (b) Требуется больший входной ток.

7. (а) 2,2 (б) 0,45 (в) 0,20, или 20,0%

9. (a) 335 МВ (b) слишком высокое, намного выше напряжения пробоя воздуха на разумных расстояниях (c) входное напряжение слишком высокое

Как рассчитать реактивную мощность трансформатора? — нарушение напряжения

Потребляемая реактивная мощность трансформатора

Силовые трансформаторы во время работы «потребляют» индуктивные ВАРС.Это связано с потребностью в реактивной мощности двух отдельных ветвей трансформатора, а именно:

  1. Шунтирующее намагничивающее сопротивление
  2. Реактивное сопротивление утечки серии

Реактивная мощность, потребляемая силовым трансформатором, может достигать 5% от номинальной мощности трансформатора при подаче тока полной нагрузки. Коэффициент мощности на первичной обмотке трансформатора обычно ниже, чем тот, который измеряется на вторичной обмотке, из-за этой потребности трансформатора в реактивной мощности. Если измерение производится при среднем напряжении, то также будет измеряться дополнительная реактивная мощность, потребляемая трансформатором.В подобных случаях важно знать, сколько реактивной мощности потребляет трансформатор, чтобы ее можно было вычесть из требуемой реактивной мощности нагрузки. Обычно это происходит, когда счетчик электроэнергии находится в первичной обмотке, а трансформатор также принадлежит электроэнергетической компании. Нет смысла выставлять счет за реактивную мощность, потребляемую трансформатором, принадлежащим коммунальному предприятию, поскольку они могли бы очень хорошо установить счетчик на стороне низкого напряжения, и клиенту не придется платить за это, если это так.Когда заказчик владеет трансформатором, реактивная мощность, потребляемая силовым трансформатором, будет измеряться коммунальным предприятием.

Калькулятор ниже можно использовать для расчета потребляемой реактивной мощности трансформатора при полной нагрузке и номинальном напряжении. Чтобы рассчитать реактивную мощность, обусловленную только сопротивлением намагничивания шунта, используйте% нагрузки как «без нагрузки».

Конденсаторные батареи обычно меньше рассчитанного значения, поскольку существует риск перекомпенсации в условиях малой нагрузки.Может быть установлен автоматический ступенчатый конденсатор коэффициента мощности, который будет переключать только необходимые ступени конденсатора, чтобы довести коэффициент мощности до желаемого уровня. Однако для этого необходимо будет проводить измерение коэффициента мощности на первичной обмотке трансформатора, что не всегда возможно. Чаще всего реактивная мощность, потребляемая силовым трансформатором, составляет лишь небольшой процент от реактивной мощности объекта, и точная компенсация может не потребоваться.

1. Реактивное намагничивание шунта

Реактивное сопротивление намагничивания шунта отвечает за создание магнитного потока в сердечнике трансформатора.Ток, необходимый для создания этого потока в сердечнике, называется током возбуждения и относительно не зависит от тока нагрузки трансформатора. Ток возбуждения обычно составляет около 0,25–2% от тока полной нагрузки трансформатора. Фактическое значение тока возбуждения можно получить из протокола заводских испытаний или измерить в полевых условиях.

Для расчета потребляемой реактивной мощности сначала рассчитайте приблизительное намагничивающее сопротивление шунта на основе заданного тока возбуждения. Ток возбуждения обычно указывается в процентах от тока полной нагрузки трансформатора.

2. Реактивное сопротивление утечки серии

Импеданс утечки серии

косвенно относится к величине магнитного потока, который не связан между первичной и вторичной обмотками. Последовательное реактивное сопротивление утечки (также известное как% импеданса) является важным параметром трансформатора, который определяет вклад короткого замыкания, регулирование напряжения и т. Д.

Требуемая реактивная мощность из-за последовательного реактивного сопротивления рассеяния изменяется пропорционально квадрату тока нагрузки. Общая индуктивная потребляемая мощность силового трансформатора является арифметической суммой требований, обусловленных обеими вышеупомянутыми ветвями.Калькулятор в этой статье рассчитает это за вас.

Компенсация реактивной энергии, потребляемой трансформатором

Реактивная мощность, потребляемая трансформатором, может быть компенсирована добавлением параллельно подключенных конденсаторных батарей. Как можно увидеть из вычислителя, когда трансформатор нагружен, полная реактивная мощность Qt состоит из двух компонентов: реактивной мощности Q0 во время работы в режиме холостого хода (состояние без нагрузки) и реактивной мощности, вызванной реактивным сопротивлением утечки.Полная реактивная мощность, потребляемая трансформатором, описывается следующим уравнением:

Где,

Q т = Общая реактивная мощность, потребляемая трансформатором

Q 0 = Реактивная мощность, потребляемая шунтирующим намагничивающим реактивным сопротивлением трансформатора (без нагрузки)

% z = сопротивление короткого замыкания трансформатора в процентах

кВА T = номинальная мощность трансформатора

кВА

кВА L = Нагрузка кВА

Когда требуется емкостная компенсация для компенсации потребляемой трансформатором реактивной мощности, следует проявлять осторожность, чтобы избежать чрезмерной компенсации в условиях малой нагрузки.В условиях малой нагрузки или отсутствия нагрузки реактивное сопротивление утечки не будет потреблять никакой реактивной мощности, и реактивная мощность будет потребляться только импедансом намагничивания шунта. В случае чрезмерной компенсации это приведет к увеличению напряжения на вторичных клеммах. Многие коммунальные предприятия предоставляют документы, в которых перечислены максимальные емкостные компенсации, которые могут быть установлены на вторичной обмотке служебного трансформатора. Если вам нужна эта информация, обратитесь в местную электрическую сеть.

Чаще всего реактивная мощность, потребляемая трансформатором, очень мала по сравнению с полной реактивной мощностью, потребляемой нагрузкой объекта.В этих случаях предприятие может принять решение об установке конденсаторной батареи большей емкости на вторичной обмотке трансформатора. В этом случае необходимо обратить внимание на возможность гармонического резонанса между реактивным сопротивлением трансформатора и конденсатором.

Как измерить реактивную мощность?

Калькулятор коэффициента мощности

Расчет силовых трансформаторов сетевой частоты

Расчет силовых трансформаторов сетевой частоты



Введение

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


Размер сердечника

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

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

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

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

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

Чтобы упростить эту операцию, вам может пригодиться следующий калькулятор:

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


Плотность потока в сердечнике

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

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

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


Расчет обмоток

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

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

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

Чтобы упростить эту операцию, вам может пригодиться следующий калькулятор:

Этот калькулятор уже учитывает фактор 5% для вторичного
повороты.

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


Выбор правильного провода

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

Или для c = 2,5 A / мм 2 :

Чтобы упростить эту операцию, вам может пригодиться следующий калькулятор:


Практически

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

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

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

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

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

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

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

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


Заключение

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


Используемые символы

Символ Описание Блок
А Поперечное сечение жил мм 2
д Диаметр проволоки мм
из Рабочая частота Гц
I Среднеквадратичный ток обмотки А
N Количество витков 1/1
п. Полная мощность трансформатора ВА
U Действующее значение напряжения обмотки В
γ Число оборотов на V витков / В
η Эффективность сердечника 1/1
φ Плотность магнитного потока сердечника Вт / м 2

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


Библиография

  • Nuova Elettronica, Vol.6, 134,
  • Nuova Elettronica, Рив 179, стр. 66


Как рассчитать коэффициент трансформации трансформатора

Обновлено 28 декабря 2020 г.

Автор: S. Hussain Ather

Переменный ток (AC) в большинстве бытовых приборов в вашем доме может поступать только от линий электропередач, которые посылают постоянный ток (DC) за счет использования трансформатора. Через все различные типы тока, который может протекать через цепь, помогает иметь возможность управлять этими электрическими явлениями.Во всех случаях использования трансформаторов для изменения напряжения в цепях трансформаторы в значительной степени полагаются на коэффициент передачи.

Расчет коэффициента витков трансформатора

Коэффициент витков трансформатора — это деление числа витков в первичной обмотке на число витков во вторичной обмотке по уравнению

T_R = \ frac {N_P} { N_S}

Это соотношение также должно равняться напряжению первичной обмотки, деленному на напряжение вторичной обмотки, как определяется соотношением V p / V s .Первичная обмотка относится к активной катушке индуктивности, элемент схемы, который индуцирует магнитное поле в ответ на поток заряда трансформатора, а вторичная обмотка — это катушка индуктивности без питания.

Эти соотношения верны при предположении, что фазовый угол первичной обмотки равен фазовым углам вторичной обмотки по уравнению Φ P = Φ S . Этот первичный и вторичный фазовый угол описывает, как ток, который чередуется между прямым и обратным направлениями в первичной и вторичной обмотках трансформатора, синхронизирован друг с другом.

Для источников переменного напряжения, используемых с трансформаторами, форма входящего сигнала является синусоидальной, то есть формой, которую создает синусоидальная волна. Коэффициент трансформации трансформатора показывает, насколько изменяется напряжение через трансформатор при прохождении тока от первичной обмотки ко вторичной обмотке.

Также обратите внимание, что слово «соотношение» в этой формуле относится к дроби, а не к фактическому соотношению. Доля 1/4 отличается от соотношения 1: 4. В то время как 1/4 — это одна часть целого, разделенная на четыре равные части, соотношение 1: 4 означает, что для одного чего-то есть четыре других.«Коэффициент» в соотношении витков трансформатора — это дробная часть, а не коэффициент в формуле коэффициента трансформации трансформатора.

Коэффициент трансформации трансформатора показывает, что относительная разница напряжения зависит от количества катушек, намотанных вокруг первичной и вторичной частей трансформатора. Трансформатор с пятью обмотками первичной обмотки и 10 обмотками вторичной обмотки разрезает источник напряжения пополам, как указано в 5/10 или 1/2.

Повышение или понижение напряжения в результате этих катушек определяет, является ли это повышающий трансформатор или понижающий трансформатор, по формуле коэффициента трансформации.Трансформатор, который не увеличивает и не уменьшает напряжение, является «трансформатором полного сопротивления», который может либо измерять импеданс, сопротивление цепи току, либо просто указывать на разрывы между различными электрическими цепями.

Конструкция трансформатора

Основными компонентами трансформатора являются две катушки, первичная и вторичная, которые наматываются на железный сердечник. В ферромагнитном сердечнике или сердечнике из постоянного магнита трансформатора также используются тонкие электрически изолированные пластины, так что эти поверхности могут уменьшать сопротивление току, который проходит от первичных катушек ко вторичным катушкам трансформатора.

Конструкция трансформатора обычно рассчитана на минимальные потери энергии. Поскольку не весь магнитный поток от первичной обмотки проходит во вторичную, на практике будут некоторые потери. Трансформаторы также будут терять энергию из-за вихревых токов, локализованного электрического тока, вызванного изменениями магнитного поля в электрических цепях.

Трансформаторы получили свое название, потому что они используют эту установку намагничивающего сердечника с обмотками на двух отдельных его частях для преобразования электрической энергии в магнитную энергию посредством намагничивания сердечника из тока через первичные обмотки.

Затем магнитный сердечник индуцирует ток во вторичных обмотках, который преобразует магнитную энергию обратно в электрическую. Это означает, что трансформаторы всегда работают от входящего источника переменного напряжения, который переключается между прямым и обратным направлениями тока через равные промежутки времени.

Типы эффектов трансформатора

Помимо формулы напряжения или количества катушек, вы можете изучить трансформаторы, чтобы узнать больше о природе различных типов напряжений, электромагнитной индукции, магнитных полях, магнитном потоке и других свойствах, которые возникают в результате строительство трансформатора.

В отличие от источника напряжения, который посылает ток в одном направлении, источник переменного напряжения, проходящий через первичную катушку, создает собственное магнитное поле. Это явление известно как взаимная индуктивность.

Напряженность магнитного поля увеличится до максимального значения, равного разнице магнитных потоков, деленной на период времени, dΦ / dt. Имейте в виду, что в этом случае Φ используется для обозначения магнитного потока, а не фазового угла. Эти силовые линии магнитного поля направлены наружу от электромагнита.Инженеры, создающие трансформаторы, также принимают во внимание потокосцепление, которое является произведением магнитного потока Φ и количества витков в проводе N, создаваемого магнитным полем, передаваемым от одной катушки к другой.

Общее уравнение для магнитного потока:

\ Phi = BA \ cos {\ theta}

для площади поверхности, через которую поле проходит через A в м 2 , магнитное поле B в теслах и θ как угол между перпендикулярным вектором к площади и магнитным полем.Для простого случая обмотки катушек вокруг магнита поток определяется как

\ Phi = NBA

для количества катушек N, магнитного поля B и на определенной площади A поверхности, которая является параллельно магниту. Однако для трансформатора магнитная связь заставляет магнитный поток в первичной обмотке равняться магнитному потоку вторичной обмотки.

Согласно закону Фарадея, вы можете рассчитать напряжение, индуцированное в первичной или вторичной обмотке трансформатора, вычислив N x dΦ / dt.Это также объясняет, почему соотношение витков трансформатора напряжения одной части трансформатора относительно другой равно количеству витков одной части трансформатора по отношению к другой.

Если вы сравните N x dΦ / dt одной части с другой, то dΦ / dt компенсируется из-за того, что обе части имеют одинаковый магнитный поток. Наконец, вы можете рассчитать ампер-витки трансформатора как произведение тока на количество катушек в качестве метода измерения силы намагничивания катушки

Практические трансформаторы

Электрораспределительные сети отправляют электричество от электростанций в здания и дома.Эти линии электропередач начинаются на электростанции, где электрический генератор вырабатывает электрическую энергию из некоторого источника. Это может быть гидроэлектростанция, использующая энергию воды, или газовая турбина, которая использует горение для создания механической энергии из природного газа и преобразования ее в электричество. К сожалению, это электричество вырабатывается в виде постоянного напряжения, которое для большинства бытовых приборов необходимо преобразовать в переменное.

Трансформаторы делают это электричество пригодным для использования, создавая однофазные источники питания постоянного тока для домашних хозяйств и зданий из поступающего переменного напряжения переменного тока.Трансформаторы в распределительных сетях также обеспечивают необходимое напряжение для домашней электроники и электрических систем. В распределительных сетях также используются «шины», которые разделяют распределение по нескольким направлениям вместе с автоматическими выключателями, чтобы отдельные разводки были отделены друг от друга.

Инженеры часто учитывают КПД трансформаторов, используя простое уравнение КПД как

\ eta = \ frac {P_O} {P_I}

f или выходную мощность P O и входную мощность. П И .Основываясь на конструкции трансформатора, эти системы не теряют энергию из-за трения или сопротивления воздуха, поскольку в трансформаторах не используются движущиеся части.

Ток намагничивания, величина тока, необходимая для намагничивания сердечника трансформатора, обычно очень мала по сравнению с током, который индуцирует первичная часть трансформатора. Эти факторы означают, что трансформаторы обычно очень эффективны с КПД 95% и выше для большинства современных конструкций.

Если вы подали источник переменного напряжения на первичную обмотку трансформатора, магнитный поток, индуцированный в магнитном сердечнике, будет продолжать индуцировать переменное напряжение во вторичной обмотке в той же фазе, что и напряжение источника.Однако магнитный поток в сердечнике остается на 90 ° ниже фазового угла напряжения источника. Это означает, что ток первичной обмотки, ток намагничивания, также отстает от источника переменного напряжения.

Уравнение трансформатора для взаимной индуктивности

В дополнение к полю, магнитному потоку и напряжению, трансформаторы иллюстрируют электромагнитные явления взаимной индуктивности, которые дают большую мощность первичным обмоткам трансформатора при подключении к источнику питания.

Это происходит как реакция первичной обмотки на увеличение нагрузки, то есть что-то, что потребляет мощность на вторичных обмотках. Если вы добавили нагрузку на вторичные обмотки с помощью такого метода, как увеличение сопротивления проводов, первичные обмотки отреагировали бы потреблением большего тока от источника питания, чтобы компенсировать это уменьшение. Взаимная индуктивность — это нагрузка на вторичную обмотку, которую можно использовать для расчета увеличения тока через первичные обмотки.

Если бы вы написали отдельное уравнение напряжения как для первичной, так и для вторичной обмоток, вы могли бы описать это явление взаимной индуктивности. Для первичной обмотки

V_P = I_PR_1 + L_1 \ frac {\ Delta I_P} {\ Delta t} -M \ frac {\ Delta I_S} {\ Delta t}

для тока через первичную обмотку I P , сопротивление нагрузки первичной обмотки R 1 , взаимная индуктивность M, индуктивность первичной обмотки L I , вторичная обмотка I S и изменение во времени Δt.Отрицательный знак перед взаимной индуктивностью M показывает, что ток источника сразу же испытывает падение напряжения из-за нагрузки на вторичную обмотку, но в ответ первичная обмотка увеличивает свое напряжение.

Это уравнение следует правилам написания уравнений, описывающих, как ток и напряжение различаются между элементами схемы. Для замкнутого электрического контура вы можете записать сумму напряжения на каждом компоненте равной нулю, чтобы показать, как напряжение падает на каждом элементе в цепи.

Для первичных обмоток вы напишите это уравнение, чтобы учесть напряжение на самих первичных обмотках (I P R 1 ), напряжение, вызванное индуцированным током магнитного поля L 1 ΔI P / Δt и напряжение из-за влияния взаимной индуктивности вторичных обмоток M ΔI S / Δt.

Аналогичным образом вы можете написать уравнение, описывающее падение напряжения на вторичной обмотке. обмотки как

M \ frac {\ Delta I_P} {\ Delta t} = I_SR_2 + L_2 \ frac {\ Delta I_S} {\ Delta t}

Это уравнение включает ток вторичной обмотки I S , вторичный индуктивность обмотки L 2 и сопротивление нагрузки вторичной обмотки R 2 .Сопротивление и индуктивность обозначены индексами 1 или 2 вместо P или S соответственно, поскольку резисторы и индуктивности часто нумеруются, а не обозначаются буквами. Наконец, вы можете рассчитать взаимную индуктивность индукторов напрямую как

M = \ sqrt {L_1L_2}

Формула трансформатора

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

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

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

Уравнение записано

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

входное напряжение на первичной катушке / выходное напряжение на вторичной катушке = число витков провода на первичной обмотке / число витков провода на вторичной обмотке

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 катушке вторичной обмотки.

Trasnformer Вопросы:

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

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

, →,

= 2,4 * 10 А = 24 А.

I с = 24 А.

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

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

, →,

, →,

Замещающий,

n s = 400

Основы КПД трансформатора по напряжению

КПД — это функция потерь мощности трансформатора, но легко упустить из виду, что означает КПД трансформатора в реальном мире.

В прошлом месяце мы обсуждали регулирование напряжения трансформатора. С этой концепцией тесно связан КПД трансформатора. Вы рассчитываете это так же, как вычисляете эффективность для другого оборудования: разделите выход на вход.Если вы умножите результат на 100, вы можете отобразить это число в процентах.

КПД является функцией потерь мощности трансформатора, и почти все эти потери объясняются двумя факторами. Один из них — потеря меди в обмотке. Поскольку у вас есть два набора обмоток, у вас есть два компонента потерь в меди: потери в меди в первичной и вторичной обмотке.

Второй фактор, влияющий на потери мощности в трансформаторе, — это потери в сердечнике. Вы получаете потери в сердечнике из-за гистерезиса — функции нескольких характеристик стали сердечника (или железа), которые определяются производственным процессом.К счастью, потери в сердечнике для любого трансформатора остаются постоянными (при постоянной частоте питания). Максимальный КПД достигается, когда потери в медной обмотке равны потерям в сердечнике.

Чтобы рассчитать КПД трансформатора в любых условиях, кроме холостого хода, необходимо сначала рассчитать эквивалентное сопротивление (ER) как первичной, так и вторичной обмотки (включая нагрузку). Усилия, необходимые для достижения ER (которая меняется с реконфигурацией предприятия), трудно оправдать для типичных приложений.

Тем не менее, вы можете легко рассчитать КПД без нагрузки. Сначала умножьте выходное напряжение на выходной ток (для условий нагрузки результат умножьте на косинус ER). Повторите этот шаг для ввода. Затем разделите выходные результаты на входные. Эффективность холостого хода дает вам основу для сравнения трансформаторов или тестирования трансформатора в соответствии со спецификацией. Он не скажет вам, насколько эффективен ваш трансформатор во время использования. Вот почему мы до сих пор — по крайней мере теоретически — рассчитываем КПД трансформатора в условиях, отличных от холостого хода.Тем не менее, расчет холостого хода — потому что это так просто — часто имеет смысл. Например, вы сначала устанавливаете базовый уровень для каждого трансформатора. При возникновении проблем, указывающих на неисправность трансформатора, повторный пересчет КПД без нагрузки может значительно сократить время поиска и устранения неисправностей.

Имеет ли для вас реальную ценность КПД трансформатора в условиях нагрузки? Да, если вы можете рассчитать ER всего на стороне нагрузки — то, за что стоит заплатить лишь немногим установкам.Таким образом, в реальном мире мы возвращаемся к основному практическому правилу для максимального повышения эффективности трансформатора: нагружайте трансформатор примерно до 80% мощности. В слабо нагруженном трансформаторе эквивалентное сопротивление вторичной обмотки не приведет к снижению потерь в обмотке и сердечнике.

После того, как вы правильно загрузили трансформатор, вы можете с уверенностью предположить, что он будет работать так же эффективно, как и собирался работать.