Понижающий трансформатор 24-12 вольт: принцип работы

Особенности прибора

Современный трансформатор от 24 до 12 вольт является вариантом обычного бытового или промышленного устройства для утилизации энергии. Первичная и вторичная обмотки соединены напрямую без дополнительных переходов. Намотка осуществляется на стержень, мощность передается между ними по совместительству. Это предполагает, что энергия передается:

• особым физическим явлением — электромагнитной индукцией;
• электрическое подключение.

На обмотке 3-4 вывода. Это необходимо для приема напряжений разной мощности, используемых устройствами и машинами (легковые, грузовые). Трансформатор на 12-24 вольт применяется для изменения показателей напряжения в небольших пределах.

Отличия и нюансы прибора

Основное направление использования устройства — понижение показателей напряжения для дальнейшего использования в технической сфере. Трансформаторы гарантируют отсутствие внезапных или неожиданных скачков напряжения. Цепи обмоток привода имеют несколько типов физических соединений:

• гальванический;
• магнитный.

Изменить показатели напряжения можно, изменив параметры включения соединений обмоток.

Группы и схемы соединений

Критериями выбора группы электрических соединений разных фаз обмоток между собой являются:

1. Минимизация уровней высших гармоник в сетях. Это актуально при увеличении доли нелинейных нагрузок потребителей.
2. При несимметричной нагрузке фаз трансформатора токи первичных обмоток должны уравняться. Это стабилизирует режим работы электросетей.
3. При питании четырехпроводных (пятипроводных) сетей трансформатор должен иметь минимальное сопротивление нулевой последовательности для токов короткого замыкания. Это облегчает защиту от замыканий на землю.

Для соблюдения условий п. 1 и п. 2, одна обмотка трансформатора соединена с одной звездой при соединении с другой в виде треугольника. При обеспечении четырехпроводных сетей оптимальным вариантом считается схема Δ / Yo. Обмотки низкого напряжения соединены в звезду с выведенной нулевой клеммой, используемой как PEN-проводник (нейтральный провод).

Еще лучшими характеристиками обладает схема Y / Zo, в которой вторичные обмотки соединены по схеме «зигзаг» с нулевым выводом.

Схема Y / Yo имеет больше недостатков, чем преимуществ, и используется редко.

Определение первичной и вторичной обмоток

Первичная обмотка понижающего трансформатора рассчитана на питание от сети. То есть именно к ней нужно подключить 230 вольт, которые есть в обычной бытовой розетке. В более простых вариантах первичная обмотка может иметь только два проводника. Однако есть и такие, в которых, например, четыре вывода. Это означает, что изделие рассчитано на работу как от 230 В, так и от 110 В. Мы рассмотрим более простой вариант.
Так как же определить первичные кабели трансформатора? Для решения этой проблемы вам понадобится мультиметр с функцией омметра. С его помощью необходимо измерить сопротивление между всеми имеющимися кабелями. Там, где будет больше, там первичная обмотка. Найденные выводы желательно сразу пометить, например фломастером.
Также можно определить первичную обмотку другим способом. Для этого должен быть хорошо виден намотанный внутри трансформатора провод. В современных версиях так бывает чаще. В более старых изделиях внутренняя часть может быть покрыта краской, что исключает использование описанного метода. Визуально выделяются те обмотки, у которых диаметр провода меньше. Это первично. Также необходимо подать на него сетевое питание.
Осталось рассчитать вторичную обмотку, с которой снимается пониженное напряжение. Многие уже догадались, как это сделать. Во-первых, сопротивление вторичной обмотки будет намного ниже, чем у первичной обмотки. Во-вторых, диаметр проволоки, которой он наматывается, будет больше.
Задача несколько усложняется, если трансформатор имеет несколько обмоток. Этот вариант особенно страшен новичкам. Однако метод их идентификации также очень прост и аналогичен описанному выше. В первую очередь нужно найти первичную обмотку. Его сопротивление будет во много раз больше, чем у остальных.
В конце темы об обмотках трансформатора стоит сказать несколько слов о том, почему сопротивление первичной обмотки больше, чем у вторичной, а с диаметром провода все с точностью до наоборот. Это поможет новичкам более подробно разобраться в проблеме, что очень важно при работе с высоким напряжением.
На первичную обмотку трансформатора подается сетевое напряжение 220 В. Это означает, что при мощности, например, 50 Вт будет протекать ток около 0,2 А (мощность делится на напряжение). Следовательно, большой отрезок провода здесь не нужен. Это, конечно, очень упрощенное объяснение, но для новичков (и решения проблемы, поставленной выше) его будет достаточно.
Во вторичной обмотке протекают более значительные токи. Возьмем самый обычный трансформатор, вырабатывающий 12 В. При той же мощности 50 Вт ток, протекающий по вторичной обмотке, будет около 4 А. Это уже достаточно большое значение, потому что проводник, по которому будет проходить такой ток, будет проход проход должен быть толще. Следовательно, чем больше сечение провода, тем меньше будет его сопротивление.
Используя эту теорию и простейший омметр, можно легко без маркировки рассчитать, где находится обмотка понижающего трансформатора.

Работа выпрямителя на нагрузку с ёмкостной реакцией.

В основном радиолюбители используют в своей практике выпрямители со сглаживающими фильтрами, начиная с конденсатора (конденсатора), то есть нагрузки с емкостной характеристикой.
Учебники нет смысла переписывать, кому интересно, список литературы в конце статьи. Просто здесь я кратко опишу основные схемы выпрямителей, используемых радиолюбителями, их примерные электрические характеристики и характеристики, и как они влияют на общую мощность трансформатора.

Однополупериодный выпрямитель.

Начнем как обычно с однополупериодного выпрямителя.

В таком выпрямителе конденсатор фильтра заряжается до амплитудного значения вторичного напряжения (при отсутствии нагрузки). То есть, если вторичное напряжение составляет 10 Вольт, конденсатор будет заряжаться до 10×1,41 = 14,1 Вольт (это без падения напряжения на диоде).
Преимущества выпрямителя;
Простота схемы, используется всего один вентиль (диод, кенотрон).
Недостатки;
Большая зависимость выходного напряжения от тока нагрузки, низкая частота пульсаций по сравнению с другими схемами, что требует использования конденсаторов вдвое большей, плохое использование трансформатора (низкий КПД), происходит принудительное намагничивание ядра. При выходе клапана из строя на конденсатор подается переменное напряжение, что приводит к сбоям и взрывам.
Особенности схемы;
Применяется радиолюбителями для питания слаботочных цепей. Обратное напряжение в этой цепи, приложенное к клапану, примерно в три раза больше напряжения вторичной обмотки (точнее, в 2,82 раза), потому что такое бывает — попробуйте определить сами. То есть, если на вашей вторичной обмотке напряжение 100-110 Вольт, то диод необходимо выставить на обратное напряжение не менее 400 Вольт, он может пробиться до 300 Вольт.
Средний ток через клапан здесь соответствует току нагрузки, а фактическое значение тока через клапан в два раза больше тока нагрузки.

На вторичную обмотку для однополупериодного выпрямителя выбирается ток в 1,8 -1,9 раза больше (лучше, чем в 2 раза), чем ток нагрузки. К расчетной полной мощности трансформатора, если есть еще другие обмотки, прибавьте мощность этой вашей нагрузки, умноженную на 2.

Двухполупериодный выпрямитель.

Двухполупериодный выпрямитель имеет гораздо лучшие параметры, чем полуволновой выпрямитель. Выходное напряжение этого выпрямителя (напряжение на конденсаторе) в 1,41 раза превышает напряжение вторичной обмотки (половина). Это когда нет нагрузки.
Преимущества выпрямителя;
Использовано мало клапанов (2). Среднее значение тока через вентиль составляет почти половину тока нагрузки. Уровень пульсаций этой схемы в 2 раза ниже, чем у схемы полуволнового выпрямления. Емкость конденсатора с таким же коэффициентом пульсаций, что и у полуволновой цепи, может быть в 2 раза меньше. Принудительного намагничивания сердечника нет, но это зависит от конструкции трансформатора и способа намотки обмоток, о чем будет сказано ниже.
Недостатки;
Сложная конструкция трансформатора, вторичная обмотка состоит из двух половин, из которых нет рационального использования меди. Обратное напряжение на клапан также в 2,82 раза выше, чем напряжение (половина) вторичной обмотки. Неправильное использование трансформатора, так как расчетная общая мощность всей вторичной обмотки в 2,2 раза превышает мощность, потребляемую нагрузкой.
Особенности схемы;
Так как за один период в этой схеме по очереди работают обе половинки вторичной обмотки соответственно, а вентили (диоды) тоже работают по очереди, то среднее значение тока через один вентиль (за период) почти в два раза меньше по сравнению с током нагрузки… То есть, например, если поставить в эту схему диоды с допустимым постоянным током 5 Ампер, можно снять с этого выпрямителя 7-8 Ампер без особого риска выхода диода из строя, естественно обеспечив им необходимо охлаждение. Ток, протекающий через вентиль и вторичную обмотку, здесь будет в 1,1 раза больше тока нагрузки.
Провод для вторичной обмотки в этой схеме можно выбрать на 30-40% меньше тока (сечения), чем ток нагрузки, так как половинки вторичной обмотки также работают по очереди, а среднее значение тока вторичной обмотки обмотка меньше тока нагрузки. Но лучше, если размеры трансформатора и возможности позволяют, намотать вторичную обмотку проводом подходящего сечения с током нагрузки.

О принудительном намагничивании сердечника. Если сердечник трансформатора W-образный, армированный и все обмотки размещены на каркасе, принудительного намагничивания сердечника не будет.
Если сердечник трансформатора представляет собой стержень и в конструкции трансформатора есть два каркаса, на которых размещены обмотки, а сетевая обмотка состоит из двух половин, расположенных на разных стержнях (ТС-180, ТС250), то вторичная обмотка обмотка в таких трансформаторах должна выполняться следующим образом;
Каждую половину вторичной обмотки снова делят пополам и наматывают на разные стержни, затем все подключают последовательно, сначала четверть одной половины, затем другую. Как ниже на фото. В противном случае сердечник намагнитится.

Поскольку кенотроны имеют большое внутреннее сопротивление, при выборе схемы выпрямителя кенотрона напряжение вторичной обмотки (половины) выбирается в среднем примерно на 10-15% меньше планируемого выходного напряжения выпрямителя. Это также зависит от тока нагрузки. Чем выше ток нагрузки, тем меньше должна быть разница.
Также следует помнить, что во всех выпрямителях, как кенотронных, так и диодных, конденсаторы фильтра при отсутствии нагрузки всегда заряжаются при амплитудном напряжении вторичной обмотки (UC = U2 x 1,41). Учитывайте это при выборе напряжения конденсаторов фильтра.

Как примерно определить, сколько мощности будет добавлено к общей мощности трансформатора? Не углубляясь в теорию, поскольку существует множество факторов, которые зависят друг от друга, вы можете поступить следующим образом;

Зная расчетный ток нагрузки, умножаем его на 1,7 (схема с кенотронами) или на 1,6 (схема с диодами), затем результат умножаем на напряжение нагрузки. Это будет приблизительный результат полученной мощности, которая добавится к общей мощности трансформатора. Здесь не будет большой ошибки.

Мостовой выпрямитель.

Мостовой выпрямитель, такой как двухполупериодный выпрямитель, имеет гораздо лучшие параметры, чем полуволновой выпрямитель, и немного лучший КПД, чем двухполупериодный выпрямитель. Поэтому это наиболее распространенная схема.
Преимущества выпрямителя;
Среднее значение тока через вентиль составляет почти половину тока нагрузки. Уровень пульсаций этой схемы в 2 раза ниже, чем у схемы полуволнового выпрямления. Емкость конденсатора с таким же коэффициентом пульсаций, что и у полуволновой цепи, может быть в 2 раза меньше. Принудительного намагничивания сердечника нет. Используется только одна вторичная обмотка.
Недостатки;
Плохое использование трансформатора, так как необходимо увеличить расчетную мощность вторичной обмотки на величину амплитудного значения напряжения вторичной обмотки, т.е. 1,41 раза. Увеличение количества используемых вентилей (4) и необходимость их отвода резисторами для выравнивания обратного напряжения на каждом из них. Хотя это уже не так актуально при современном качестве их исполнения. Падение напряжения также вдвое больше, чем в других схемах, поскольку выпрямленный ток проходит через два последовательно соединенных клапана. Но это заметно только при низком выходном напряжении и больших токах нагрузки.
Особенности схемы;
В этой схеме, как и в двухполупериодной схеме, среднее значение тока через клапан (за период) почти в два раза меньше тока нагрузки. То есть также можно использовать диоды с меньшим рабочим током (30-40%), чем ток нагрузки.
Но эффективный ток вторичной обмотки всегда будет больше тока нагрузки, как минимум на 1,41. Поэтому провод для вторичной обмотки в этой схеме нужно выбирать в 1,5 раза больше по току (сечению), чем по току нагрузки. Почему, потому что выпрямитель всегда будет заряжать конденсатор фильтра до амплитудного значения напряжения вторичной обмотки, а мощность рассчитывается исходя из значения этого напряжения. А поскольку по закону сохранения энергии она никуда не пропадает, вторичной обмотке ничего не остается, кроме как постоянно компенсировать эту разницу. То есть, например, у нас вторичная обмотка имеет напряжение 14 вольт. Конденсатор фильтра будет иметь напряжение примерно 20 вольт. Заряжали его током 0,5 Ампер. Мощность оказалась 10 Вт. Это означает, что вторичная обмотка должна выдавать 10 Вт, а при выходном напряжении 14 В это будет ток примерно 0,71 А, что в 1,41 раза больше тока нагрузки.

Вторичная обмотка в мостовой схеме выпрямителя всегда обеспечивает энергию для заряда конденсатора до пикового значения напряжения, а нагрузка его разряжает. То есть это похоже на повышающий преобразователь, где часть низкого напряжения является вторичной обмоткой, а часть высокого напряжения — конденсатором фильтра. Следовательно, ток вторичной обмотки всегда будет больше тока нагрузки для этой разницы напряжений, то есть не менее 1,41 раза.

Например, вы нашли трансформатор с выходным напряжением 24 В и током нагрузки 5 А (120 Вт). Собрали линейный стабилизированный блок питания, подключили к нему нагрузку 12 Вольт и ток потребления 5 Ампер (60 Вт). Вроде все должно быть нормально. Ехали полчаса-час, запах гари, тронул трансформатор — сгорел. Почему?

Давайте проверим, что у нас было с трансформатором;
Ток нагрузки составляет 5 Ампер, напряжение на конденсаторе фильтра в режиме ХХ будет 24×1,41 = 33,84 Вольт. Мощность, потребляемая нагрузкой, составит 33,84х5 = 169,2 Вт, причем не зависит от выходного напряжения вашего блока питания, не менее 5 Вольт, не менее 25. Остальная мощность будет просто потеряна на регулировке транзистор.
И получается, что за час наш транс выдал мощность на нагрузку 170 Вт !!!, хотя ее мощность была 120.

Производство; Для схемы мостового выпрямителя сечение провода вторичной обмотки должно быть выбрано на 50% или 1,5 раза больше, чем запланированный ток нагрузки, чтобы обеспечить нормальные условия работы трансформатора, или выбрать трансформатор для вашего проекта с током вторичной обмотки выше, чем ожидается столько же, так как ток нагрузки на трансформаторах указан для резистивной нагрузки.

Ну и соответственно мощность вторичной обмотки рассчитывается так: ток нагрузки умножается на напряжение вторичной обмотки, а полученный результат умножается на 1,5.

Основные критерии выбора

Выбирая блок питания для SL, нужно обращать внимание на следующие основные характеристики:

1. Метод преобразования напряжения.
2. Принцип охлаждения.
3. Исполнение.
4. Выходное напряжение.
5. Власть.
6. Дополнительные возможности.

Метод преобразования

Как я уже сказал выше, источник питания может быть трансформаторным или импульсным. Если вам нужен относительно маломощный блок питания, то лучше отдать предпочтение импульсной конструкции. Покупка серьезного ТВР окупится только мощностью в сотни ватт — ИБП такой мощности дороги и часто имеют охлаждающие вентиляторы, которые создают шум и собирают пыль.

Охлаждение

Охлаждение может быть пассивным или активным. В первом случае охлаждение агрегатов осуществляется естественным образом, во втором для этого служит вентилятор. Если мощность блока питания невысока, от устройства с принудительным охлаждением лучше отказаться: вентилятор шумит и вместе с воздухом всасывает массу пыли, осевшую на узлах блока. Такие источники требуют регулярного ухода, а главное плохо защищены от влаги.

Такой агрегат не только шумит, но и является своего рода пылесосом

Исполнение

Степень защиты от окружающей среды зависит от конструкции. Если источник питания будет работать на открытом воздухе или во влажном / пыльном помещении, вам нужно будет выбрать пыле- и влагостойкую конструкцию или, что еще лучше, герметичную конструкцию. Без дырок, без трещин и, конечно же, без вентиляторов. Для жестких механических условий (вибрации, тряски, удары и т.д.) отлично подойдет устройство в прочном металлическом корпусе. Для нормального жилого помещения можно выбрать агрегат в открытом кожухе с множеством вентиляционных отверстий — он будет лучше остывать.

Выходное напряжение

Здесь все просто. SL выпускаются с двумя напряжениями — 12 или 24 В. Читайте на упаковке или даже на самой ленте, на какое напряжение они рассчитаны. Затем выберите блок питания с необходимыми параметрами.

Этот SL рассчитан на 12 В, что означает, что мощность необходима для того же напряжения

Мощность

Мощность блока питания должна быть как минимум на 15-20% выше, чем мощность, потребляемая лентой (лентами). Все это звучит просто, но есть нюанс. Редко, но бывает, что на блоках питания не пишется мощность, а указывается только максимально допустимый ток. Как он превращается в силу? Элементарно. Умножьте рабочее напряжение (12 или 24 В) устройства на его максимально допустимый ток в амперах, и вы получите мощность в ваттах.

Этот блок питания (фото выше) указывает мощность 20 Вт, ток 1,67 А и напряжение 12 В. Проверьте интерес: 12 * 1,67 = 20,04 Вт. Все сходится.

Дополнительные функции

Помимо своей основной работы, блок питания может выполнять некоторые дополнительные функции. Есть, например, устройства со встроенными диммерами (диммерами), таймерами, автоматическими эффектами и даже беспроводными пультами дистанционного управления. Это на ваше усмотрение, но обратите внимание, что любые дополнительные функции отражаются в стоимости объекта.

Индуктивная

Знакомый пример индуктивной нагрузки — электродвигатель, в котором не весь проходящий электрический ток расходуется на вращение. Часть тратится на создание электромагнитного поля в обмотке или теряется в медном проводнике, эта силовая составляющая называется реактивной.

Реактивная мощность не расходуется непосредственно на выполнение работ, но она необходима для работы оборудования.

Кстати, индукционные электроплиты, которых так хотят добиться многие хозяйки, тоже используют реактивную мощность, в отличие от обычных электроплит, где нагревательные элементы нагреваются, они чисто резистивные.

Принцип работы

Понижающий трансформатор номинальной мощностью от 24 до 12 вольт работает, когда в сердечнике возникает переменный ток под действием магнитного поля. Особенностью является то, что каждый виток обмотки имеет ЭДС. Показатели в каждом случае будут идентичными.

В том случае, если к обмотке подключено определенное устройство (увеличивается нагрузка), вторичный ток будет протекать через часть обмотки в месте подключения. Также в этих местах может протекать первичный ток. В этом случае показатели складываются — в результате показатели тока и напряжения получаются небольшими.

Кроме того, в процессе изготовления экономится медь, так как используются провода малого или среднего размера. Такие устройства рекомендуется использовать в случае, если необходимо скорректировать силу и мощность тока относительно индикаторов напряжения, имеющихся на момент подключения устройства.

Выбор источника питания для светодиодной ленты

Чтобы насладиться приятным и необычным освещением, нужно правильно выбрать источник питания. Этот шаг очень важен, потому что если вы сделаете неправильный выбор, светодиоды могут перегореть, и изделие перестанет работать.

Факторы, влияющие на выбор источника питания для светодиодных лент

При выборе источника питания (блока) для светодиодных лент нужно ориентироваться на следующие параметры:

1. Напряжение питания ленты.
2. Его потребление энергии.
3. Требуемая степень защиты оборудования от влаги.

Например, возьмем светодиодную ленту SMD 3528 длиной 6 м (60 диодов / м).

Напряжение питания светодиодной ленты

Как уже было сказано выше, все светодиодные ленты делятся на изделия с питанием от 12В и 24В соответственно. Конечно, выходное напряжение источника должно быть равно той или иной величине. Итак, чтобы узнать напряжение питания светодиодной ленты:

1. Откроем его технические характеристики и поищем интересующий параметр.
2. Мы видим, что лента питается напряжением 12 В.

Исходя из найденного значения напряжения, делаем выбор блока питания.

Мощность, потребляемая светодиодной лентой

Для расчета мощности блока питания еще раз обратитесь к техническим характеристикам светодиодной ленты. На этот раз нас интересует значение потребляемой мощности на метр продукта (Лента = 4,8 Вт / м).

1. В зависимости от состояния необходимо подавать питание на светодиодную ленту длиной 6 метров, а это означает, что для определения общей потребляемой мощности полосы (Pcons) мы будем использовать следующую формулу: 8 Вт.
2. Следует отметить, что блок питания по этому параметру следует выбирать с запасом (порядка 30-33%). Следовательно, нам понадобится блок питания на 12 В постоянного тока мощностью 28,8 х 1,33 = 38,3 ≈ 40 Вт.

Защита от воздействия влаги

Это еще один важный фактор, который следует учитывать при выборе источника питания. Выбирая по этому критерию, необходимо прежде всего определиться с местом его установки. Если вы планируете организовать светодиодное освещение в ванной, нужно выбирать блок питания с водонепроницаемыми свойствами (IP 65 или IP 68). В типичном сухом жилом помещении — спальне или гостиной — можно использовать простой внутренний источник.

Однако для того, чтобы выбор источника был на 100% правильным, помимо факторов, описанных выше, необходимо выбрать подходящий тип, исходя из его преимуществ и недостатков.

Типы источников питания

В настоящее время существует четыре типа блоков питания для светодиодных лент.

Таблица: преимущества и недостатки различных типов источников питания

Тип питания	Преимущества	Недостатки
Блок питания в герметичном пластиковом корпусе	Компактность (небольшой размер). Элегантный дизайн. Имущество.	Высокая цена. Ограниченная выходная мощность (в основном до 100 Вт). Сложная теплопередача.
Герметичный алюминиевый блок питания	Держись и сила. Простая и хорошая теплопередача. Устойчив к изменению климата.	Самая высокая стоимость из всех типов источников. Большой размер и вес.
Блок питания с открытым корпусом	Большой выбор моделей по мощности. Низкая цена. Легкая установка.	Очень большие размеры, которые вдвое превосходят параметры, рассмотренные выше. Отсутствие защиты от влаги. Некрасивая внешность.
Компактный блок питания	Не требует постоянной установки (настольного или настенного). Удобство эксплуатации. Сравнительно невысокая стоимость.	Низкая мощность (менее 60 Вт). След устройства, подключенного к электрической розетке. Ограниченная длина кабеля.

Производители блоков питания для светодиодных лент

Самыми популярными и востребованными производителями блоков питания для светодиодных лент являются:

• Классный неон. Он производит обширную линейку светодиодных трансформаторов, которые могут использоваться для различных целей и задач. Продукция компании оснащена встроенными защитными устройствами и может использоваться при температуре от -25 до +45 ° C. Средний срок службы составляет более 25 тысяч часов.

В линейку продуктов Cool Neon входят как открытые блоки питания, так и герметичные модели, которые могут работать при низких температурах окружающей среды.

• Лайттех. Она производит источники питания, обеспечивающие высокую стабильность светодиодной продукции, в том числе ленты, используемые при температурах от -30 до +50 ° C. Продукция компании в первую очередь рассчитана на работу в течение 50 000 часов и более. Характеристики этих моделей:
  1. Широкий диапазон входных напряжений.
  2. Устойчив к механическим ударам и вибрации.
  3. Защита корпуса от перегрева.
  4. Устойчивость к импульсным помехам в сети.
  5. Встроенная защита от короткого замыкания.

  Lightech производит блоки питания в пластиковых корпусах для обеспечения высокой выходной стабильности.

• UnionElecom. Компания производит источники высокого качества и надежности. Они рассчитаны на работу в диапазоне от -40 ° до + 50 ° C, что позволяет устанавливать их не только в помещении, но и на открытом воздухе. Для дорожных источников питания срок службы составляет более 40 тысяч часов, также действует индивидуальная гарантия сроком на 36 месяцев. Характеристики оборудования UnionElecom:
  1. Компактный размер.
  2. Защита IP68.
  3. Качественная сборка, производится исключительно на территории завода-производителя в Южной Корее.
  4. Оптимальное соотношение цены и качества.

  Герметичные блоки питания UnionElecom отличаются компактностью, высочайшей степенью влагозащиты алюминиевого корпуса (IP68) и доступной ценой.

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.

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

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.

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)

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.

Нюансы действия

Работа физических реакций обеспечивает ток большей или меньшей мощности в каждой из частей обмотки. Характеристики: значения будут общими для обеих цепей (первой и второй) устройства.

Если при установленных изменениях указывается небольшой ток, это позволяет использовать тонкие провода, так как нагрузка будет незначительной. Когда установленный или уже работающий трансформатор от 24 до 12 вольт показывает низкую силу тока, магнитное поле также будет уменьшаться в сердечнике, особенно если поперечное сечение провода меньше, чем у трансформатора.

важно учитывать: в устройствах, изменяющих силу тока (электромагнитного по принципу действия) и электричества, которые по своей сути являются трансформаторами, передача энергии от одной существующей или установленной обмотки к другой осуществляется посредством поле магнитное. Прибор будет постоянно уменьшать или увеличивать показатели, нет перебоев из-за конструктивных особенностей и регулируемых человеком физических явлений (переключение значений с регулятора).

Основная энергия сосредоточена в магнитной цепи. Для автомобилей используется трансформатор, в котором передача электрической энергии осуществляется за счет магнитного поля и физического взаимодействия между связями. Они расположены на первичной и второй обмотках.

Как выбрать силовой трансформатор по мощности

Не всегда достаточно собрать и проанализировать мощность потребителей, обеспечиваемую трансформатором.

Для производственных предприятий руководствуются порядком ввода оборудования в эксплуатацию. При этом учитывается, что всех потребителей нельзя включить одновременно. Однако также учитывается возможное увеличение производственных мощностей.

Поэтому при расчете и выборе мощности силового трансформатора руководствуются графиком активной суточной и полной средней нагрузки подстанции, а также продолжительностью максимальной нагрузки. Если рассчитан трансформатор, который будет участвовать в электроснабжении жилой инфраструктуры, то учитывается и сезон. Зимой нагрузка увеличивается за счет включения электрического отопления, летом — кондиционеров.

Таблица № 1 — Выбор силового трансформатора исходя из разрешенных силовых и аварийных нагрузок

Тип нагрузки	Диапазоны нагрузки (кВ-А) для трансформаторов мощностью (кВ-А)
25	40	63	100	160	250	400	630
Промышленные потребители, семьи, мастерские по обслуживанию сельхозтехники оборудование, строительство, овощехранилище е насосные станции водоснабжения, котельные	до 42	43-68	69-107	108-169	170–270	271-422	423-676	677-1064
Потребители коммунальных услуг и административные предприятия (школы, клубы, столовые, ванные, магазины) совмещен с жилыми домами	до 44	45-70	71-110	111-176	177–278	279-435	436-696	697-1096
Сельские жилые дома, группы сельские жилые дома (обычно одноэтажные)	до 45	46-72	73-113	114-179	180–286	287-447	448-716	717-1127
Сообщество потребителей населенных пунктов городского типа и города районного подчинения	до 43	44-68	69-108	109-172	173–270	271-422	423-676	677-1064
Жилые дома, городские поселки тип и город районного подчинения	до 42	43-68	69-107	108-170	171–273	274-427	428-684	685-1077
Смешанная нагрузка с преобладанием (более 60%) промышленные потребители	до 42	43-67	68-106	107-161	162–257	258-402	403-644	645-1014
Смешанная нагрузка с преобладанием (более 40%) отечественные потребители	до 42	43-68	69-107	108-164	165–262	263-410	411-656	657-1033

При отсутствии точной информации активная нагрузка определяется по формуле:

Snom ≥ ∑ Pmax ≥ Pp;

Где ∑ Pmax — максимальная активная мощность;

Pp — проектная мощность подстанции.

Если график работы подстанции характеризуется кратковременным режимом пиковой мощности — 30 минут или не более 1 часа, трансформатор будет работать в режиме недогрузки. Поэтому выгоднее выбрать трансформатор с мощностью, близкой к максимальной продолжительной нагрузке, и полностью использовать перегрузочные способности трансформатора с учетом систематических перегрузок в нормальном режиме.

В реальных условиях допустимая величина перегрузки определяется исходным коэффициентом нагрузки. На выбор размера нагрузки влияет температура окружающего воздуха, в которой находится рабочий трансформатор.

Коэффициент загрузки всегда меньше единицы.

Kn = Pc / Pmax = Ic / Imax; где Pc, Pmax и Ic, Imax — суточная и максимальная средняя мощность и ток.

Таблица №2 — Рекомендуемые коэффициенты нагрузки силовых трансформаторов цеха ТП. Коэффициент ограничивает перегрузку трансформатора, оставляя определенный запас мощности.

Коэффициент нагрузки трансформатора	Тип ТП и характер нагрузки
0,65… 0,7	Трансформаторные подстанции с двумя трансформаторами с преобладающей категорией нагрузки I
0,7… 0,8	Однотрансформаторные трансформаторные подстанции с преобладающей нагрузкой II категории при наличии взаимного резервирования в перемычках с другими подстанциями по вторичному напряжению
0,9… 0,95	Трансформаторная подстанция с нагрузкой III категории или с преимущественной нагрузкой II категории с возможностью использования складского резерва трансформаторов

Таблица 3 — продолжительность и степень перегрузки в аварийных режимах с принудительным охлаждением масла задаются заводскими параметрами. Электросистемы ПТЭ и ПТБ ТБ. ЭП-4-1

Нагрузки в долях от номинального тока	Допустимая продолжительность, мин
Трансформаторы в масляной ванне	Сухие трансформаторы
1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1,75 2,00	— 120 90 70 45 ветры 10	60 45 32 18 5 — —

Характер суточной нагрузки эквивалентен температуре окружающей среды, постоянной времени трансформатора, типу охлаждения, допускаются периодические перегрузки.

Рисунок 1 — График расчетной нагрузки. 1 — суточные по факту; 2 — двухступенчатый аналог фактического

Согласно графику, начальный период нагрузки характеризуется работой трансформатора с номинальной нагрузкой в ​​течение 20 часов и начальным коэффициентом нагрузки 0,705.

Второй период — коэффициент перегрузки kпер = 1,27 и время — 4 часа. Это означает, что перегрузки определяются программой загрузки, преобразованной в эквивалентную программу с учетом тепла. Допустимая нагрузка трансформатора зависит от номинальной нагрузки, срока его службы и максимальной пиковой нагрузки, определяется коэффициентом превышения нагрузки:

kper = Ie max / Inom.

Начальный коэффициент загрузки:

kn.n. = Т.е. / Ином;

То есть max — максимальная эквивалентная нагрузка;

Т.е. — эквивалентная начальная нагрузка.

Допускаются перегрузки трансформаторов, но их возможности: время и амплитуда ограничены стандартами, установленными производителем. Правила PTEEP, гл. 2. 1.20 и гл. 2. 1. 21 ограничить перегрузку трансформатора до 5%.

Таблица 4 — Перегрузка с течением времени для маслонаполненных трансформаторов

Величина перегрузки, %	тридцать	45	60	75	100
Продолжительность, мин.	120	80	45	ветры	10

Таблица 5 — Время перегрузки для сухого трансформатора

Величина перегрузки, %	ветры	тридцать	40	50	60
Продолжительность, мин.	60	45	32	18	5

 

Вентиляция помещения электромонтажных работ должна обеспечивать отвод тепла, чтобы при перегрузке и максимальной температуре воздуха нагрев трансформатора не превышал допустимого значения. Часто в теплых условиях на полях вдали от населенных пунктов применяют естественную вентиляцию, открывая дверцы трансформаторного отсека.

Правила ПУЭ допускают максимальную послеаварийную перегрузку трансформатора до 40% на время не более 6 часов в течение 5 дней.