Расчет мощности силовых трансформаторов

Содержание
  1. Теория и история
  2. Расчет трансформатора: онлайн калькулятор или дедовский метод для дома — выбери сам
  3. Как определить число витков обмотки трансформатора не разматывая катушку
  4. Расчет
  5. Формула закона трансформации
  6. Площадь сердечника
  7. Количество витков в первичной обмотке
  8. 4 практических совета по наладке и сборке трансформатора: личный опыт
  9. Расчёт трансформатора по сечению сердечника
  10. Конструкция трансформатора
  11. Сколько витков на 1 вольт?
  12. Факторы, влияющие на индуктивность катушки
  13. Сколько витков имеет вторичной обмотке трансформатора если в первичной 20?
  14. Калькулятор индуктивности однослойной катушки
  15. Расчет индуктивности по заданным: количеству витков, диаметру каркаса и длине намотки
  16. Расчет количества витков и длины намотки по заданной индуктивности, диаметру оправки или каркаса и диаметру провода
  17. Как пользоваться онлайн калькулятором для расчета трансформатора пошагово
  18. Подготовка исходных данных за 6 простых шагов
  19. Выполнение онлайн расчета трансформатора
  20. Как рассчитать мощность электромагнита?
  21. Таблица количества вольт на виток
  22. Как посчитать количество витков?
  23. Назначение и функциональность
  24. Использование мультиметра
  25. Эквивалентная схема реальной катушки индуктивности
  26. Радиотехнические калькуляторы
  27. Расчёт параметров прибора
  28. Определение мощности
  29. Вычисление сечения сердечника
  30. Расчёт количества витков
  31. Токи в обмотках
  32. Диаметр провода
  33. Как рассчитать силовой трансформатор по формулам за 5 этапов
  34. Этап №1. Как мощность сухого трансформатора влияет на форму и поперечное сечение магнитопровода
  35. Этап №2. Особенности вычисления коэффициента трансформации и токов внутри обмоток
  36. Этап №3. Как вычислить диаметры медного провода для каждой обмотки
  37. Этап №4. Определение числа витков обмоток по характеристикам электротехнической стали: важные моменты
  38. Этап №5. Учет свободного места внутри окна магнитопровода
  39. Упрощенный вид расчета трансформатора
  40. Альтернативный метод по габаритам

Теория и история

Латинское слово transformare переводится на русский язык как «трансформация». Трансформатор предназначен для изменения уровня входного напряжения на определенную величину. Устройство состоит из одной или нескольких обмоток на замкнутой магнитной цепи. Катушки обмотаны алюминиевой или медной проволокой. Сердечник собран из пластин с повышенными ферромагнитными свойствами.

Первичная обмотка подключена к электрической сети переменного тока. Во вторичную обмотку включено устройство, требующее напряжения разной величины.

После подключения к силовому трансформатору в магнитной цепи появляется замкнутый магнитный поток, который индуцирует переменную электродвижущую силу в каждой катушке. Закон Фарадея гласит, что ЭДС равна скорости изменения магнитного потока, проходящего через электромагнитную цепь. Знак минус указывает на противоположное направление магнитного поля и ЭДС.

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

  • Электродвижущая сила e, рассчитанная в вольтах.
  • Число витков индуктора n.
  • Магнитный поток Ф, единица измерения которого называется вебером.
  • Время t, необходимое для изменения одной фазы магнитного поля.

Учитывая незначительность потерь в индукторе, ЭДС приравнивают к напряжению в обмотке. Отношение напряжений в первичной и вторичной обмотках равно отношению количества витков в двух катушках. Отсюда получаем формулу трансформатора:

K ≈ U ₁ ∕ U ₂ ≈ n ₁ ∕ n ₂.

Коэффициент K всегда больше единицы. В трансформаторе меняются только напряжение и сила тока. Умноженные друг на друга, они определяют мощность устройства, постоянное значение для конкретного устройства. Связь между током и напряжением в обмотках раскрывается формулой:

K = n₁ ∕ n₂ = I ₂ ∕ I₁ = U₁ ∕ U₂.

Другими словами, во сколько раз напряжение во вторичной обмотке уменьшается по сравнению с напряжением в первичной, во сколько раз ток вторичной обмотки больше, чем ток первичной обмотки. Различные напряжения устанавливаются количеством витков в каждой катушке индуктивности. Формула коэффициента K объясняет, как рассчитать трансформатор.

Трансформатор предназначен для работы в цепи переменного напряжения. Постоянный ток не вызывает ЭДС в магнитной цепи, и электрическая энергия не передается на другую обмотку.

В 1822 году Фарадей заинтересовался идеей преобразования магнетизма в электрический ток. Годы исследований привели к созданию серии статей, описывающих физическое явление электромагнитной индукции. Основополагающая работа была опубликована в научном журнале Английского Королевского общества.

Суть экспериментов заключалась в том, что исследователь наматывал на железное кольцо два куска медной проволоки. К одной из катушек был подключен постоянный ток. Гальванометр, подключенный к контактам другой обмотки, зафиксировал кратковременное появление напряжения. Для восстановления индукции экспериментатор отключал питание, а затем снова замыкал контакты на батарее.

Работа Майкла Фарадея была высоко оценена британским научным сообществом. В 1832 году физик получил престижную награду. За выдающиеся работы в области электромагнетизма ученый был награжден медалью Копли.

Однако устройство, собранное Фарадеем, сложно назвать трансформатором. Устройство, фактически преобразующее напряжение и ток, было запатентовано в Париже 30 ноября 1876 года. В 80-е годы изобретатель и конструктор трансформатора П. Н. Яблочков жил во Франции. Тогда же выдающийся российский инженер-электрик представил миру прототип проектора: «Свечу Яблочкова».

Расчет трансформатора: онлайн калькулятор или дедовский метод для дома — выбери сам

Ремонт современных электроприборов и изготовление самодельных конструкций часто связаны с блоками питания, стартерным зарядом и другими устройствами, использующими трансформаторное преобразование энергии. Их состояние нужно уметь анализировать и оценивать.

Я считаю, что рассчитать трансформатор поможет онлайн-калькулятор, работающий по заранее подготовленному алгоритму или проверенному старомодному методу с формулами, требующими вдумчивого отношения. Попробуйте оба, используйте лучшее.

Сразу обращаю ваше внимание на проблему, что представленные методы не способны точно учесть магнитные свойства сердечника, который может быть изготовлен из разных марок электротехнической стали.

Поэтому фактические электрические характеристики собранного трансформатора могут отличаться на несколько вольт или количество ампер от полученного расчетного значения. На практике это обычно не критично, но всегда можно исправить, изменив количество величин в одной из обмоток.

Поперечное сечение магнитной цепи передает первичную энергию через магнитный поток вторичной обмотке. Обладая определенным магнитным сопротивлением, он ограничивает процесс трансформации.

Форма, материал и сечение сердечника определяют мощность, которая может быть преобразована и нормально передана во вторичную цепь.

Как определить число витков обмотки трансформатора не разматывая катушку

При отсутствии данных о конкретной модели трансформатора количество витков в обмотках определяется с помощью одной из функций мультиметра.

Мультиметр нужно установить в режим омметра. Затем определяются выводы всех имеющихся обмоток. Если между магнитопроводом и катушкой есть зазор, на все обмотки наматывается дополнительная обмотка из тонкой проволоки. Точность результатов измерения будет зависеть от количества оборотов.

Один щуп устройства подключен к концу основной обмотки, а другой щуп — к вспомогательной обмотке. Все обмотки измеряются по очереди. Первичным считается тот, который имеет наибольшее сопротивление. Полученные данные позволяют рассчитать трансформатор и вместе с другими параметрами выбрать наиболее оптимальную конструкцию для конкретной электрической схемы.

Расчет

Профессионалы используют несколько видов расчетов. Для начала, все они довольно сложные, поэтому мы рекомендуем так называемую упрощенную версию. Он основан на четырех формулах.

Трансформатор позволяет снизить напряжение до требуемых параметров
Трансформатор позволяет снизить напряжение до требуемых параметров.

Формула закона трансформации

Итак, закон преобразования определяется по следующей формуле:

U1 / U2 = n1 / n2, где:

  • U1 — напряжение на первичной обмотке,
  • U2 — к вторичному,
  • n1 — количество витков первичной обмотки,
  • n2 — на вторичке.

Поскольку это сетевой трансформатор в разобранном виде, напряжение на первичной обмотке будет 220 вольт. Напряжение на вторичной обмотке — параметр, который вам нужен. Для удобства расчета примем равным 22 вольта. То есть в этом случае коэффициент трансформации будет 10. Отсюда количество витков. Если на первичной обмотке их 220, то на вторичной — 22.

Представьте, что устройство, которое будет подключено через трансформатор, потребляет нагрузку в 1 А. То есть этот параметр действует на вторичную обмотку. Это означает, что нагрузка 0,1 А будет действовать на первичную обмотку, потому что напряжение и ток обратно пропорциональны.

А вот мощность, наоборот, прямо пропорциональна. Таким образом, мощность будет действовать на первичную: 220 × 0,1 = 22 Вт, на вторичную: 22 × 1 = 22 Вт. Получается, что мощность на двух обмотках одинакова.

Закон трансформации

Внимание! Если в собираемом трансформаторе более одной вторичной обмотки, первичная мощность является суммой вторичных мощностей.

Что касается количества витков, то рассчитать их на вольт не составит труда. В принципе, это можно сделать методом «наборного текста». Например, намотайте на первичную обмотку десять витков, проверьте напряжение на ней и результат разделите на десять. Если показатель совпадает с требуемым для вас выходным напряжением, значит, вы попали в цель. Если напряжение уменьшится, придется увеличить количество витков и наоборот.

И еще один нюанс. Специалисты рекомендуют наматывать кривые с небольшим запасом. Дело в том, что на самих обмотках всегда есть потери напряжения, которые необходимо компенсировать. Например, если требуется выходное напряжение 12 вольт, количество витков рассчитывается исходя из напряжения 17-18 В. То есть потери компенсируются.

Площадь сердечника

Как было сказано выше, мощность блока питания складывается из мощностей всех его вторичных обмоток. Это основа выбора самого ядра и его площади. Формула:

S = 1,15 * √P

В этой формуле мощность задается в ваттах, а площадь получается в квадратных сантиметрах. Если сам сердечник имеет W-образную конструкцию, то сечение берется от центральной планки.

Примечание! Все параметры, полученные в результате расчета, имеют неокругленную цифру, поэтому необходимо округлять ее и всегда только в большую сторону. Например, расчетная мощность оказалась 35,8 Вт, то есть округляем до 40 Вт.

Разнообразие сердечников для одного трансформатора
Разнообразие сердечников на один трансформатор.

Количество витков в первичной обмотке

Здесь используется следующая формула:

n = 50 * U1 / S, видно, что U1 равно 220 В.

Кстати, эмпирический коэффициент «50» может меняться. Например, чтобы блок питания не переходил в насыщение и, следовательно, не создавал лишних (электромагнитных) помех, лучше использовать в расчете коэффициент «60». Правда, при этом количество витков обмотки увеличится, трансформатор станет немного больше, но при этом уменьшатся потери, а значит, режим работы блока питания станет легче. Здесь важно, чтобы количество обмоток подходило.

4 практических совета по наладке и сборке трансформатора: личный опыт

Сборка магнитной цепи

Степень сжатия пластин влияет на шум, излучаемый сердечником, когда он вибрирует из-за проходящего через него магнитного потока.

В то же время слабосвязанное железо с воздушными зазорами увеличивает магнитное сопротивление и вызывает дополнительные потери энергии.

Если для затяжки пластин используются металлические штифты, необходимо изолировать их от сердечника с помощью бумажных вставок и картонных шайб.

В противном случае вдоль этой застежки появится искусственно созданная замкнутая петля. В нем будет индуцироваться дополнительное электромагнитное поле, значительно снижающее эффективность.

Состояние изоляции крепежных болтов по отношению к сердечнику проверяют мегомметром с напряжением 1000 вольт. Показание должно быть не менее 0,5 МОм.

Расчет провода по плотности тока

Оптимальный размер трансформатора играет важную роль в приложениях, работающих при экстремальных нагрузках.

Для силовой обмотки, подключенной к бытовой электропроводке, плотность тока лучше выбирать из расчета 2 А / мм кв., А для остальных — 2,5.

Способы упаковки

Быстрая намотка на «объемной» машине занимает больший объем и обычно работает с проволокой относительно небольшого диаметра.

Качественная укладка обеспечивается за счет наматывания в плотные витки рядом друг с другом с расположением их рядами и укладки ровными слоями изоляции из конденсаторной бумаги, крашеной ткани и других материалов.

Целлофановые (неполиэтиленовые) ленты подходят для создания диэлектрического слоя. Вы можете вырезать их из пачки сигарет. Пленка для запекания мясных продуктов и выпечки идеально подходит для задач изоляционного слоя.

Это также придает приятный вид внешнему покрытию катушки, защищая ее от механических повреждений.

Обмотки сварочных и пуско-зарядных устройств, работающих в экстремальных условиях с высокими нагрузками, целесообразно дополнительно пропитать между рядами слоями силикатного клея (жидкого стекла).

Ему нужно время, чтобы высохнуть. После этого оборачивается следующий слой, что значительно увеличивает время сборки. Но трансформатор, созданный по этой технологии, хорошо выдерживает высокие температурные нагрузки, не создавая коротких замыканий между витками.

Как вариант такой защиты работает пропитка рядов ниток нагретым воском, но жидкое стекло имеет лучшую изоляцию.

Когда длины провода не хватает на всю обмотку, его подключают. Подключение должно производиться не внутри катушки, а снаружи. Это позволит вам регулировать выходное напряжение и силу тока.

Измерение холостого тока трансформатора

Мощные сварочные аппараты требуют тщательного подбора объема пластин и количества витков под рабочее напряжение, которое соединяется между собой.

Качественная регулировка позволяет измерять ток холостого хода при оптимальном значении напряжения на входной силовой обмотке.

Его значение должно быть в пределах 100 ÷ 150 мА на каждые 100 Вт мощности, применяемой для продуктов долговременной трансформации. При использовании прерывистого режима с частыми остановками его можно увеличить до 400 ÷ 500 мА.

Когда вы рассчитываете трансформатор с помощью онлайн-калькулятора или проверяете его расчеты по старомодным формулам, вам нужно будет собрать всю железо-проволочную конструкцию. На первых же сборках своими руками можно наделать досадных ошибок очень много.

Чтобы их избежать, рекомендую посмотреть видео владелицы Юность Ру. Подробно и понятно объясняется технология сборки и расчета. Под видео есть много полезных комментариев, которые вам также стоит посмотреть.

Если вы заметили в видео некоторые моменты, которые немного отличаются от моих рекомендаций, вы можете задавать вопросы в комментариях. Обязательно обсудим.

Расчёт трансформатора по сечению сердечника

Конструкция трансформатора зависит от формы магнитопровода. Бывают стержневые, бронированные и тороидальные. В стержневых трансформаторах обмотки намотаны на стержни сердечника. В бронированных обмотки лишь частично закрываются магнитопроводом. В тороидальных конструкциях обмотки равномерно распределены по магнитной цепи.

Для изготовления стержней и брони используются отдельные тонкие листы трансформаторной стали, изолированные друг от друга. Тороидальные магнитопроводы представляют собой намотанные рулоны ленты, для изготовления которых также используется трансформаторная сталь.

Самым важным параметром каждого сердечника является площадь поперечного сечения, которая имеет большое влияние на мощность трансформатора. КПД стержневых трансформаторов намного выше, чем у бронированных устройств. Их обмотки лучше охлаждаются, что сказывается на допустимой плотности тока. Поэтому рекомендуется рассматривать именно эту конструкцию в качестве примера для расчетов.

В зависимости от параметров сердечника определяется значение общей мощности трансформатора. Он должен превышать электрический, так как возможности ядра связаны с общей мощностью. Эта взаимосвязь отражается в формуле расчета: Sо хSс = 100 хРг / (2,22 * Vc xjxfx kox kc). Здесь Sо и Sñ — соответственно площади окна и сечения сердечника, Pg — значение общей мощности, Vc — магнитная индукция в сердечнике, j — плотность тока в проводниках обмоток, f — частота переменного тока, ko и kc — коэффициенты заполнения окна и сердечника.

Конструкция трансформатора

Если смотреть на трансформатор снаружи, то это устройство W-образной формы, состоящее из металлического сердечника, картонного или пластикового каркаса и обмотки из медной проволоки. Обмоток две.

Сердечник состоит из нескольких стальных пластин, покрытых специальной краской и соединенных между собой. Краска наносится специально, чтобы между пластинами не проходило напряжение. Таким образом они борются с так называемыми вихревыми токами (вихревыми токами). Дело в том, что вихревые токи просто нагреют сам сердечник. А это потери.

Состав центральных пластин тоже связан с потерями. Трансформаторное железо (как чаще всего специалисты называют сталь для сердечника), если смотреть в разрезе, состоит из крупных кристаллов, которые, в свою очередь, изолированы друг от друга оксидной пленкой.

Вихревой ток

Сколько витков на 1 вольт?

Для определения количества витков используется следующее соотношение, которое показывает, сколько витков необходимо на вольт напряжения: W = K / S, где K — коэффициент, который зависит от материала и типа сердечника.

Факторы, влияющие на индуктивность катушки

На индуктивность катушки влияет несколько факторов.

    Количество кругов. Катушка с большим количеством витков имеет большую индуктивность, чем катушка с меньшим количеством витков.

Сколько витков имеет вторичной обмотке трансформатора если в первичной 20?

Ответ: 80 туров.

Калькулятор индуктивности однослойной катушки

Расчет индуктивности по заданным: количеству витков, диаметру каркаса и длине намотки

Калькулятор определяет индуктивность однослойной катушки.

Пример: рассчитать индуктивность однослойной катушки без сердечника, состоящей из 10 витков на цилиндрической рамке диаметром 2 см; длина катушки 1 см.

Введите диаметр катушки, количество витков и длину катушки, выберите единицы измерения и нажмите кнопку «Рассчитать.

Расчет количества витков и длины намотки по заданной индуктивности, диаметру оправки или каркаса и диаметру провода

Пример. Рассчитайте количество витков и длину намотки катушки 10 мкГн, намотанной эмалированным проводом 0,65 мм (диаметр 0,7 мм с изоляцией) на оправке 2 см.

На рисунке выше показан однослойный индуктор: Dc — диаметр катушки, D — диаметр оправки или корпуса катушки, p — шаг катушки, d — диаметр провода без изоляции, di — диаметр провода с изоляцией

Для расчета индуктивности LS применяется следующая формула из статьи Р. Уивера Численные методы расчета индуктивности:

D — диаметр оправки или рамки катушки в см,

l — длина бухты в см,

N — количество витков e

L — индуктивность в мкГн.

Эта формула действительна только для соленоида с плоской проволокой. Это означает, что катушка намотана очень тонкой лентой без промежутков между соседними витками. Это хорошее приближение для катушек с большим количеством витков, намотанных круглым проводом с минимальным расстоянием между витками. Американский физик Эдвард Беннетт Роза (1873-1921), работавший в Национальном бюро стандартов США (NBS, ныне Национальное бюро стандартов и технологий (NIST)), разработал так называемые поправочные коэффициенты для приведенной выше формулы в форме (см. Формулу 10.1 в (см статью Дэвида В. Найта):

Здесь LS — индуктивность плоской катушки, описанная выше, а

где ks — безразмерный поправочный коэффициент, учитывающий разницу между самоиндукцией катушки из круглого провода и катушки из плоской ленты; km — безразмерный поправочный коэффициент, учитывающий разницу в общей взаимной индукции витков круглого провода относительно витков плоского ремня; Dc — диаметр катушки в см, измеренный между центрами проводов, а N — количество витков.

Значение коэффициента росы km определяется по формуле 10.18 в вышеупомянутой статье Дэвида Найта:

Коэффициент росы ks с учетом разницы самоиндукции определяется по формуле 10.4 в статье Д. Найта:

Здесь p — шаг обмотки (расстояние между витками, измеренное в центре проводов) и — диаметр провода. Обратите внимание, что отношение p / d всегда больше единицы, поскольку толщина изоляции провода конечна, а минимально возможное расстояние между двумя соседними витками с очень тонкой изоляцией, расположенными без пространства, равно диаметру провода d.

Как пользоваться онлайн калькулятором для расчета трансформатора пошагово

Подготовка исходных данных за 6 простых шагов

Шаг 1. Задайте форму сердечника и его поперечное сечение

Наилучшим распределением магнитного потока обладают сердечники, собранные из пластин W. Кольцевая форма U-образных элементов имеет большое сопротивление.

Для проведения расчета необходимо указать форму сердечника исходя из типа пластины (щелкнув точку) и ее измеренных линейных размеров:

  1. Ширина пластины под катушку с намоткой.
  2. Толщина составного мешка.

Вставьте эти данные в соответствующие ячейки таблицы.

Шаг 2. Выбор напряжений

Трансформатор выполнен в виде повышающей, понижающей (в принципе обратимой) или разделительной конструкции. В любом случае необходимо указать, какие напряжения необходимы на его первичной и вторичной обмотках в вольтах.

Заполните указанные ячейки.

Шаг n. 3. Частота сигнала переменного тока

По умолчанию стандартное значение домашней сети установлено на 50 герц. При необходимости его необходимо изменить на требуемый для другого расчета. Но для высокочастотных трансформаторов, используемых в импульсных источниках питания, этот метод не предназначен.

Они создаются из других основных материалов и рассчитываются другими способами.

Шаг n. 4. Эффективность

Для обычных моделей трансформаторов сухого типа КПД зависит от подаваемой электроэнергии и рассчитывается как среднее значение.

Но вы можете скорректировать его значение вручную.

Шаг n. 5. Магнитная индуктивность

Параметр определяет зависимость магнитного потока от геометрических размеров и формы проводника, по которому течет ток.

Настройка по умолчанию для расчета трансформаторов — средний параметр 1,3 Тесла. Его можно отрегулировать.

Шаг 6. Плотность тока

Термин используется для выбора обмоточного провода для условий эксплуатации. Предполагается, что среднее значение для меди составляет 3,5 А на квадратный миллиметр поперечного сечения.

Чтобы трансформатор работал в условиях повышенного нагрева, его необходимо уменьшить. При принудительном охлаждении или небольших нагрузках допускается увеличение. Однако для домашних устройств 3,5 А / мм² вполне подходит.

Выполнение онлайн расчета трансформатора

После заполнения ячеек исходными данными нажмите кнопку «Рассчитать». Программа автоматически обрабатывает введенные данные и отображает результаты расчетов в таблице.

Как рассчитать мощность электромагнита?

F = 40550 ∙ B ^ 2 ∙ S, где F — сила тяги электромагнита, кг (сила также измеряется в ньютонах, 1 кг = 9,81 Н, или 1 Н = 0,102 кг); Б — индукция, Тл; S — площадь поперечного сечения электромагнита, м2.

Таблица количества вольт на виток

Чтобы постоянно не проводить расчеты, можно воспользоваться таблицей, в которой указаны средние данные обмоток по мощности:

Мощность, П Сечение в см2, S Вит. Номер / B, Вт Мощность, П Сечение в см2, S Вит. Номер / B, Вт
1 1.4 32 50 9.0 5.0
2 2.1 21 год 60 9,8 4.6
5 3,6 13 70 10,3 4.3
10 4.6 9,8 80 11.0 4.1
15 5.5 8,4 90 11,7 3.9
ветры 6.2 7.3 100 12,3 3,7
25 6,6 6,7 120 13,4 3,4
тридцать 7.3 6.2 150 15.0 3.0
40 8,3 5,4 200 17,3 2,6

Как посчитать количество витков?

Когда данные получены, вы можете использовать простую формулу:

  1. 1 / U1 = ω 2 / U2.
  2. 1 — количество витков в первичной обмотке,
  3. 2 — количество витков вторичной обмотки,
  4. U1 — напряжение на первичной обмотке,
  5. U2 — напряжение на вторичной обмотке.
  6. 100 / 20,19 = 4,953 вит / вольт
  7. 4953 * 216 = 1070 вит.

Назначение и функциональность

Так в чем же функция трансформатора?

  1. Это снижение напряжения до требуемых параметров.
  2. С его помощью снижается гальваническая развязка сети.

Что касается второй функции, необходимо пояснить. Обе обмотки (первичная и вторичная) трансформатора тока напрямую не соединены друг с другом. Это означает, что сопротивление устройства, по сути, должно быть бесконечным. Правда, это в идеале. Соединение обмоток происходит посредством магнитного поля, создаваемого первичной обмоткой. Вот такая сложная особенность.

Использование мультиметра

С помощью мультиметра можно найти данные для пересчета обмоток имеющегося трансформатора. Для этого нужно сделать дополнительную катушку из любой доступной резьбы. После подключения прибора к сети необходимо измерить напряжение на дополнительной катушке. Теперь вы легко можете рассчитать необходимое количество витков на вольт и пересчитать трансформатор под требуемые требования.

Мультиметр

Эквивалентная схема реальной катушки индуктивности

В этом калькуляторе мы рассмотрели идеальный индуктор. При этом такой катушки в реальной жизни не существует. Катушки, как правило, проектируются как можно меньше, чтобы соответствовать миниатюрному устройству. Любую реальную катушку индуктивности можно представить как идеальную индуктивность, к которой параллельно подключены емкость и сопротивление, а другое сопротивление подключено последовательно. Параллельное сопротивление учитывает гистерезисные потери и вихревые токи в магнитопроводе. Это параллельное сопротивление зависит от материала сердечника, рабочей частоты и магнитного потока в сердечнике.

Паразитная емкость возникает из-за того, что витки катушки расположены близко друг к другу. Любые два витка провода можно рассматривать как два якоря небольшого конденсатора. Катушки разделены изолятором, таким как воздух, изоляционная краска, лента или другой изоляционный материал. Относительная диэлектрическая проницаемость материалов, используемых для изоляции, увеличивает емкость обмотки. Чем больше эта проницаемость, тем больше емкость. В некоторых случаях дополнительная емкость может также появиться между катушкой и противовесом, если катушка расположена над ним. На высоких частотах реактивное сопротивление паразитной емкости может быть очень высоким, и его нельзя игнорировать. Для уменьшения паразитной емкости используются различные методы намотки катушек.

Если индуктивность велика, сопротивление обмотки (Rw на схеме) больше нельзя игнорировать. Однако оно мало по сравнению с реактивным сопротивлением больших катушек на высоких частотах. Однако на низких частотах и ​​при постоянном токе это сопротивление необходимо учитывать, поскольку в этих условиях через катушку могут протекать значительные токи.

Радиотехнические калькуляторы

Электроника — это область физики и электротехники, изучающая методы проектирования и использования электронного оборудования и электронных схем, содержащих активные электронные элементы (диоды, транзисторы и интегральные схемы) и пассивные электронные элементы (резисторы, индуктивности и конденсаторы), а также связи между ними.
Радиотехника — это инженерная дисциплина, которая изучает разработку и производство устройств, которые передают и принимают радиоволны в радиочастотном диапазоне спектра (от 3 кГц до 300 ГГц), а также обрабатывают принятые и передаваемые сигналы. Примерами таких устройств являются радио- и телевизионные приемники, сотовые телефоны, маршрутизаторы, радиоприемники, кредитные карты, спутниковые приемники, компьютеры и другое оборудование, передающее и принимающее радиосигналы.
Эта часть конвертера физических единиц TranslatorsCafe.com включает группу калькуляторов, которые выполняют вычисления в различных областях радио и электронной техники.

Эти страницы содержат конвертеры единиц, которые позволяют быстро и точно переводить значения из одной единицы в другую, а также из одной системы единиц в другую. Конвертеры полезны для инженеров, переводчиков и всех, кто работает с разными единицами измерения.

Мы работаем над тем, чтобы преобразователи и калькуляторы TranslatorsCafe.com были точными, но не можем гарантировать, что они не содержат ошибок или неточностей. Вся информация предоставляется «как есть» без каких-либо гарантий. Условия.

Если вы заметили неточность в расчетах или ошибку в тексте, или вам нужен другой конвертер для перевода из одной единицы измерения в другую, которого нет на нашем сайте, напишите нам!

Расчёт параметров прибора

Иногда устройство попадает в руки электрику без описания технических характеристик. Затем специалист определяет мощность трансформатора по сечению магнитопровода. Площадь поперечного сечения определяется умножением ширины и толщины сердечника. Полученное число возводится в квадрат. В результате будет указана примерная мощность устройства.

желательно, чтобы площадь магнитопровода немного превышала расчетное значение. В противном случае корпус сердечника попадет в область насыщения магнитного поля, что приведет к падению индуктивности и сопротивления катушки. Этот процесс увеличит уровень протекающего тока, что приведет к перегреву и поломке устройства.

Практический расчет силового трансформатора не займет много времени. Например, домашнему мастеру поручено осветить рабочее место в гараже. В комнате бытовая розетка 220В, в которую нужно подключить светильник с лампой 40Вт 36В. Необходимо рассчитать технические параметры понижающего трансформатора.

Определение мощности

В процессе эксплуатации устройства тепловые потери неизбежны. При нагрузке не более 100Вт КПД 0,8. Истинная требуемая мощность трансформатора P₁ определяется делением мощности лампы P₂ на КПД:

P₁ = P₂ ∕ μ = 40 ∕ 0,8 = 50

Округлять. Результат 50 Вт.

Вычисление сечения сердечника

Размер магнитопровода зависит от мощности трансформатора. Площадь сечения определяется следующим образом.

S = 1, 2 ∙ √P₁ = 1, 2 ∙ 7, 07 = 8, 49

Площадь поперечного сечения жилы должна составлять не менее 849 см².

Расчёт количества витков

Площадь магнитной цепи помогает определить количество витков провода на вольт напряжения:

n = 50 S = 50 ∕ 8,49 = 5,889.

Разности потенциалов в один вольт будут соответствовать 5,89 виткам провода вокруг жилы. Таким образом, первичная обмотка с напряжением 220 В состоит из 1296 витков, а вторичной обмотки нужно 212 витков. Во вторичной обмотке возникают потери напряжения из-за сопротивления провода. В результате специалисты рекомендуют увеличить количество витков в выходной катушке на 5-10%. Правильное количество кругов будет 233.

Мощность трансформатора по сечению магнитопровода

Токи в обмотках

Следующий шаг — найти ток в каждой обмотке, который рассчитывается делением мощности на напряжение. После нескольких несложных расчетов получается требуемый результат.

В первичной обмотке I₁ = P₁ ∕ U₁ = 50 220 = 0,23 ампера, а во вторичной обмотке I₂ = P₂ ∕ U₂ = 40 ∕ 36 = 1,112 ампера.

Диаметр провода

Расчет обмоток трансформатора завершается определением толщины провода, сечение которого рассчитывается по формуле: d = 0,8 √ I. Изоляционный слой не учитывается. Провод входной катушки должен иметь диаметр:

d₁ = 0,8 √I₁ = 0,8 √ 0,23 = 0,8 ∙ 0,848 = 0,838.

Для намотки выходной обмотки понадобится провод диаметром:

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

Размеры указаны в миллиметрах. После округления получается, что первичная катушка намотана проводом толщиной 0,5 мм, а для вторичной обмотки подходит провод 1 мм.

Как рассчитать силовой трансформатор по формулам за 5 этапов

Вот упрощенная методика, которую я использую в течение нескольких десятилетий для создания и тестирования самодельных трансформаторных устройств в железе неизвестной марки с точки зрения мощности нагрузки.

На нем мне почти всегда удавалось обернуть схему с первого раза. Очень редко приходилось прибавлять или убавлять определенное количество витков.

Этап №1. Как мощность сухого трансформатора влияет на форму и поперечное сечение магнитопровода

Расчет основан на среднем коэффициенте эффективности ŋ как соотношении между электрической мощностью S2, преобразованной во вторичной обмотке, и общей мощностью S1, применяемой в первичной обмотке.

ŋ = S1 / S2

Потери мощности во вторичной обмотке оцениваются по статистической таблице.

Мощность трансформатора, Вт Эффективность ŋ
15 ÷ 50 0,50 ÷ 0,80
50 ÷ 150 0,80 ÷ 0,90
150 ÷ ​​300 0,90 ÷ 0,93
300 ÷ 1000 0,93 ÷ 0,95
> 1000 0,95 ÷ 0,98

Электрическая мощность устройства определяется произведением номинального тока, протекающего через первичную обмотку в амперах, на напряжение бытовой электропроводки в вольтах.

Он преобразуется в магнитную энергию, протекающую через сердечник, полностью распределяясь в нем, в зависимости от формы распределения потока:

  1. для кольцевой фигуры, состоящей из U-образных пластин, площадь поперечного сечения под катушкой магнитопровода рассчитывается как Qc = √S1;
  2. для сердечника из W-образных пластин Qc = 0,7√S1.

Сердечники трансформатора
Таким образом, первый этап расчета позволяет: зная необходимое значение первичной или вторичной мощности, выбрать магнитную цепь исходя из формы и сечения сердечника; или, исходя из размера существующей магнитной цепи, оценить электрическую мощность, которую может передать разработанный трансформатор.

Этап №2. Особенности вычисления коэффициента трансформации и токов внутри обмоток

Силовой трансформатор создан для преобразования электрической энергии из одного значения напряжения в другое, например U1 = 220 вольт на входе и U2 = 24V на выходе.

Коэффициент трансформации в данном примере записывается в виде выражения 220/24 или дроби со значением первичного напряжения в числителе и значением вторичного напряжения в знаменателе. Также он позволяет определить соотношение количества витков между обмотками.

п = W1 / W2

Коэффициент трансформации трансформатора

На первом этапе мы уже определили электрические мощности каждой обмотки. По ним и величине напряжения необходимо рассчитать силу электрического тока I = S / U внутри любой катушки.

Этап №3. Как вычислить диаметры медного провода для каждой обмотки

При определении сечения жилы катушки используется эмпирическое выражение с учетом того, что плотность тока находится в пределах 1,8 ÷ 3 ампера на квадратный миллиметр.

Расчет диаметра проволоки

Мы определили текущее значение в амперах для каждой обмотки на предыдущем шаге.

Теперь давайте просто извлечем из него квадратный корень и умножим его на коэффициент 0,8. Полученное число записывается в миллиметрах. Это расчетный диаметр проволоки для катушки.

Подбирается с учетом допустимого тепловыделения за счет протекающего по нему тока. Если позволяет пространство в центральном окне, диаметр можно немного увеличить. Таким образом, эти обмотки будут лучше адаптированы к тепловым нагрузкам.

Когда даже при плотной намотке все витки провода не входят в окно магнитопровода, его сечение может немного уменьшиться. Однако такой трансформатор следует использовать для кратковременной работы и последующего охлаждения.

При выборе диаметра провода получают оптимальное соотношение его нагрева при работе и размера свободного пространства внутри сердечника, позволяющего разместить все обмотки.

Этап №4. Определение числа витков обмоток по характеристикам электротехнической стали: важные моменты

Расчет основан на использовании магнитных свойств железного сердечника. Промышленные трансформаторы собирают из различных марок электротехнической стали, подобранных для конкретных условий работы. Они рассчитываются с использованием сложных и индивидуальных алгоритмов.

Домашнему мастеру достаются магнитопроводы неизвестной марки, определить их электрические характеристики у него практически невозможно. Поэтому в формулах учтены средние параметры, исправить которые при вводе в эксплуатацию несложно.

Для расчета вводится эмпирический коэффициент ω ‘. Он учитывает величину напряжения в вольтах, которое индуцируется за один оборот катушки и связано с поперечным сечением магнитной цепи Qc (cmq).

ω ‘= 45 / Qc (оборот / вольт)

Расчет количества витков трансформатора

В первичной обмотке количество витков рассчитываем как W1 = ω ‘∙ U1, а во вторичной — W2 = ω’ ∙ U2.

Этап №5. Учет свободного места внутри окна магнитопровода

На этом этапе необходимо прикинуть: все обмотки войдут в свободное пространство окна сердечника с учетом размеров катушки.

Для этого предположим, что провод имеет поперечное сечение не круглого, а квадратного сечения с одной стороной того же диаметра. Так, при идеально идеальной плотной упаковке она будет занимать площадь, равную продукту одной секции по количеству витков.

Давайте увеличим эту область на 30 процентов, потому что это не так идеально подходит для обтекания кривых. Это будет место внутри полостей катушки и все же займет некоторое место.

Далее сравниваем полученные площади для катушек каждой обмотки с окном магнитопровода и делаем выводы.

Второй способ оценки — повернуть ветер «на удачу». Его можно использовать, если новая конструкция перемотана проводом от старых катушек, работающих на том же сердечнике.

Упрощенный вид расчета трансформатора

Упрощенный вид расчета трансформатора

Трансформеры

Но проще и дешевле собрать самому. Также довольно интересен сам процесс сборки. Но как показывает практика, в основе сборки лежит расчет трансформатора, он же блок питания. Поэтому стоит поговорить о текущих расчетах, то есть разобраться в формулах и подчеркнуть нюансы.

Конструкция трансформатора

Конструкция трансформатора.

Альтернативный метод по габаритам

Примерные параметры трансформатора, исходя из имеющегося сердечника, можно определить другим способом. А потом делайте выводы о возможности дальнейшего использования.

Зная площадь поперечного сечения магнитопровода в квадратных сантиметрах, вы можете оценить максимальную мощность, которую этот преобразователь способен выдать:

PG = S2

При этом следует учитывать, что мощность эта общая, а реальная будет иметь меньшее значение:

P = 0,8 PГ

Обычно при условии совпадения расчетной мощности и требуемой мощности первичную обмотку, подключенную к сети 220 В, можно оставить без изменений, пересчитав только параметры на выходах.

параметры трансформатора

Источники

  • https://RkzSp.ru/svet/kak-opredelit-obmotki-transformatora.html
  • https://vdn-plus.ru/kak-rasschitat-vitki-u-transformatora-toka/
  • https://lemzspb.ru/kak-opredelit-kolichestvo-vitkov-v-transformatore-toka/
  • https://onlineelektrik.ru/eoborudovanie/transformatori/uproshhennyj-vid-rascheta-transformatora.html
  • https://oxotnadzor.ru/kak-rasschitat-tok-vo-vtorichnoy-obmotke-transformatora/
  • https://amma-dnr.ru/kak-vychislit-chislo-vitkov/
  • https://crast.ru/instrumenty/kak-najti-chislo-vitkov
  • https://OTransformatore.ru/vopros-otvet/kak-rasschitat-kolichestvo-vitkov-transformatora/
  • https://ElectrikBlog.ru/raschet-transformatora-onlajn-kalkulyator/

Оцените статью
Блог о трансформаторах
Adblock
detector